DE60224638T2 - Switching Power Supply - Google Patents
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Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil mit einer Leistungsfaktor-Steigerungsfunktion.The The invention relates to a switching power supply having a power factor increasing function.
Verschiedene Schaltnetzteile in Form eines Wandlers vom Verbund-Resonanztyp, bei dem ein Wandler vom Resonanztyp auf der Primärseite und eine Resonanzschaltung außerdem auf der Sekundärseite vorgesehen sind, sind vom Anmelder dieser Anmeldung vorgeschlagen worden. Außerdem sind vom Anmelder der vorliegenden Anmeldung verschiedene Leistungsschaltungen vorgeschlagen worden, die eine Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung zur Steigerung des Leistungsfaktors eines Wandlers vom Verbund-Resonanztyp enthalten.Various Switching power supplies in the form of a composite resonance type converter, wherein a resonant type transducer on the primary side and a resonant circuit Furthermore on the secondary side are proposed by the applicant of this application Service. Furthermore are various power circuits by the assignee of the present application has been proposed, which is a power factor increase circuit for increasing the power factor of a composite resonant type converter contain.
Unter derartigen Leistungsfaktor-Steigerungsschaltungen sind Leistungsfaktor-Steigerungsschaltungen vom Spannungs-Rückkopplungstyp vorgeschlagen worden, bei denen eine auf der Primärseite erzeugte Spannungsresonanz-Impulsspannung zu einem Glättungskondensator zurückgekoppelt wird, um den Stromflusswinkel des eingangsseitigen Wechselstroms zu vergrößern, damit der Leistungsfaktor gesteigert wird. Als Leistungsfaktor-Steigerungsschaltungen des beschriebenen Typs sind vom Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung verschiedene Schaltungen vorgeschlagen worden, die eine Schaltung vom elektrostatischen Kapazitäts-Kopplungstyp umfassen, der ein Kondensator-Spannungsteilersystem, eine Schaltung vom magnetischen Kopplungstyp eines Kapazitäts-Spannungsteilersystems, eine Schaltung vom magnetischen Kopplungstyp eines Tertiärwicklungssystems und eine Schaltung vom Dioden-Kopplungstyp eines Tertiärwicklungssystems umfassen.Under Such power factor enhancement circuits are power factor enhancement circuits of the voltage feedback type have been proposed in which one generated on the primary side Voltage resonance pulse voltage fed back to a smoothing capacitor is the current flow angle of the input alternating current to enlarge, with it the power factor is increased. As power factor increase circuits of the type described are different from the applicant of the present patent application Circuits have been proposed which include a circuit of electrostatic Capacity coupling type comprising a capacitor voltage divider system, a circuit of the magnetic coupling type of a capacitance-voltage divider system, a magnetic coupling type circuit of a tertiary winding system and a diode coupling type circuit of a tertiary winding system include.
Es wird in Betracht gezogen, dass unter den erwähnten verschiedenen Leistungsfaktor-Steigerungsschaltungen die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung des Dioden-Kopplungstyps eines Tertiärwicklungssystems hinsichtlich des Leistungsumsetzungswirkungsgrads, der Kosten, der Änderungscharakteristik der Gleichstrom-Eingangsspannung, des Null-Volt-Schalt-(ZVS)-Arbeitsbereichs eines Schaltelements usw. am brauchbarsten ist.It It is contemplated that among the various power factor enhancement circuits mentioned the power factor-increasing circuit of the diode coupling type a Tertiary winding scheme in terms of power conversion efficiency, cost, change characteristic the DC input voltage, the zero volt switching (ZVS) working range a switching element, etc. is the most useful.
Unter
Bezugnahme auf
Gemäß
Die
Netzteilschaltung enthält
ferner ein Netzfilter
Mit
einer gleichgerichteten Ausgangsspannung der Brückengleichrichterschaltung
Di wird ein Glättungskondensator
Ci durch die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp enthält ein Schaltelement Q1 in Form beispielsweise eines MOS-Feldeffekttransistors.Of the A voltage resonance type converter includes a switching element Q1 in FIG Shape, for example, a MOS field effect transistor.
Zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des Schaltelements Q1 ist eine Klemmdiode DD derart eingefügt, dass sie einen Pfad für einen Klemmstrom bildet, der fließt, wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist.Between the drain electrode and the source electrode of the switching element Q1, a clamp diode DD is inserted to provide a path for a Forms clamping current that flows when the switching element Q1 is turned off.
Die Drain-Elektrode des Schaltelements Q1 ist mit einem positiven Anschluss eines Glättungskondensators Ci über eine Primärwicklung N1 eines Trenn-Umsetztransformators PIT verbunden. Die Source-Elektrode des Schaltelements Q1 ist mit Erde bzw. Masse auf der Primärseite verbunden.The Drain electrode of the switching element Q1 is connected to a positive terminal a smoothing capacitor Ci over a primary winding N1 of a separation transforming transformer PIT connected. The source electrode of the switching element Q1 is with Earth or ground on the primary side connected.
Ein Schalt-Steuersignal von einer nicht dargestellten Schalt-Steuerschaltung wird der Gate-Elektrode des Schaltelements Q1 zugeführt, so dass das Schaltelement Q1 auf das Schalt-Steuersignal hin eine Schaltoperation ausführt. Das Schalt-Steuersignal weist eine Frequenz auf, die beispielsweise in Abhängigkeit vom Pegel einer sekundarseitigen Ausgangs-Gleichspannung geändert wird. Dadurch wird die sekundärseitige Ausgangs-Gleichspannung durch die Schaltfrequenzsteuerung stabilisiert.One Switching control signal from a switching control circuit, not shown is supplied to the gate electrode of the switching element Q1, so that the switching element Q1 is a switching operation in response to the switching control signal performs. The switching control signal has a frequency, for example dependent on is changed from the level of a secondary side output DC voltage. This will cause the secondary side Output DC voltage stabilized by the switching frequency control.
Ferner ist zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des Schaltelements Q1 ein Parallelresonanzkondensator Cr angeschlossen. Der Parallelresonanzkondensator Cr weist eine Kapazität auf, die mit der Streuinduktivität L1 von der Seite der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT zusammenwirkt, um eine primärseitige Parallelresonanzschaltung des Umsetzers vom Spannungsresonanztyp zu bilden. Wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, wirkt die Parallelresonanzschaltung so, dass die Spannung an dem Resonanzkondensator Cr tatsächlich eine Impulswellenform einer Sinuswelle aufweist, wodurch der Betrieb des Spannungsresonanztyps erhalten wird.Further, a parallel resonance capacitor Cr is connected between the drain and the source of the switching element Q1. The parallel resonant capacitor Cr has a capacitance which cooperates with the stray inductance L1 from the primary winding N1 side of the isolation converting transformer PIT to form a primary side parallel resonant circuit of the voltage resonance type converter. When the switching element Q1 is turned off, the parallel resonance circuit operates so that the voltage across the resonance capacitor Cr actually becomes a pulse waveform of Sine wave, whereby the operation of the voltage resonance type is obtained.
Ein Ende der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT ist mit der Drain-Elektrode des Schaltelements Q1 verbunden, während das andere Ende der Primärwicklung N1 mit der positiven Elektrode (d. h. mit der gleichgerichteten und geglätteten Spannung Ei) des Glättungskondensators Ci verbunden ist.One End of the primary winding N1 of the isolation conversion transformer PIT is connected to the drain electrode of the switching element Q1, while the other end of the primary winding N1 with the positive electrode (ie with the rectified and smoothed Voltage Ei) of the smoothing capacitor Ci is connected.
Eine
Tertiärwicklung
N3 ist als gesonderte Wicklung an derselben Stelle wie die Primärwicklung N1
gebildet, d. h. auf der Primärseite.
Die Tertiärwicklung
N3 wirkt als Rückkopplungswicklung,
und ein Anschlussende der Tertiärwicklung
N3 ist mit einem Anodenschaltungspunkt einer Diode D3 vom schnellen
Freilauftyp der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Auf der Sekundärseite des Trenn-Umsetztransformators PIT wird in einer Sekundärwicklung N2 eine durch die Primärwicklung N1 induzierte Wechselspannung erzeugt. Da in diesem Fall ein sekundärseitiger Parallelresonanzkondensator C2 der Sekundärwicklung N2 parallel geschaltet ist, ist eine Parallelresonanzschaltung aus einer Streuinduktivität L2 der Sekundärwicklung N2 und der Kapazität des sekundärseitigen Parallelresonanzkondensators C2 gebildet. Durch die Parallelresonanzschaltung wird die in der Sekundärwicklung N2 erregte Wechselspannung eine Resonanzspannung. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, dass auf der Sekundärseite ein Spannungsresonanzbetrieb erhalten wird.On the secondary side of the isolation conversion transformer PIT becomes in a secondary winding N2 one through the primary winding N1 induced AC voltage generated. Because in this case a secondary-sided Parallel resonant capacitor C2 of the secondary winding N2 connected in parallel is a parallel resonance circuit of a leakage inductance L2 of secondary winding N2 and the capacity of the secondary Parallel resonant capacitor C2 formed. By the parallel resonance circuit is in the secondary winding N2 AC voltage excited a resonance voltage. In other words expressed is called this, that on the secondary side a voltage resonance operation is obtained.
In der Netzteilschaltung ist insbesondere eine Parallelresonanzschaltung auf der Primärseite vorgesehen, um für einen Schaltbetrieb vom Spannungsresonanztyp zu sorgen, während eine weitere Parallelresonanzschaltung auf der Sekundärseite vorgesehen ist, um einen Spannungsresonanzbetrieb zu erzielen. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, dass in der Netzteilschaltung ein Verbund-Schaltumsetzer vom Resonanztyp gebildet ist.In the power supply circuit is in particular a parallel resonance circuit provided on the primary side, around for to provide a switching mode of the voltage resonance type, while a further parallel resonance circuit is provided on the secondary side to a To achieve voltage resonance operation. In other words, this means in the power supply circuit, a resonant type composite switching converter is formed.
In
diesem Fall sind eine Gleichrichtungsdiode Do1 und ein Glättungskondensator
Co1 in einer solchen Weise, wie aus
Nunmehr
wird ein Aufbau der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
In
der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ein Filterkondensator CN ist der Reihenschaltung aus der Drosselspule Ls und der Diode D3 vom schnellen Freilauftyp parallel geschaltet, um zusammen mit der Drosselspule Ls ein Tiefpassfilter des Normalbetriebs zu bilden.One Filter capacitor CN is the series circuit of the choke coil Ls and the diode D3 of the fast freewheeling type are connected in parallel, together with the inductor Ls a low-pass filter of normal operation to build.
Die
Tertiärwicklung
N3 des Trenn-Umsetztransformators PIT ist durch den Reihenresonanzkondensator
C10 mit einem Schaltungsknoten zwischen der Anode der Diode D3 vom
schnellen Freilauftyp und der Drosselspule Ls der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Wenn in diesem Fall die absolute Spannung einer Eingangswechselspannung VAC einen Wert in der Nähe ihres einen Spitzenwertes aufweist, leitet die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp, und es fließt ein Ladestrom von der Eingangswechselspannungsquelle AC durch die Drosselspule Ls und die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp zu dem Glättungskondensator Ci. Gleichzeitig wird eine Spannungsresonanz-Impulsspannung der Tertiärwicklung N3 zu der Reihenschaltung aus dem Reihenresonanzkondensator C10 und der Diode D3 vom schnellen Freilauftyp zurückgekoppelt, um die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp zu veranlassen, eine Schaltoperation zu bewirken, durch die der Stromflusswinkel des Eingangswechselstroms IAC vergrößert wird, damit dadurch eine Leistungsfaktor-Steigerungsfunktion erzielt wird.If in this case, the absolute voltage of an input AC voltage VAC a value close has a peak, the diode D3 conducts from the fast Freewheel type, and it flows in Charge current from the AC input voltage AC through the choke coil Ls and the fast-recovery type diode D3 to the smoothing capacitor Ci. At the same time, a voltage resonance pulse voltage of tertiary winding N3 to the series connection of the series resonant capacitor C10 and the fast-recovery type diode D3 is fed back to the diode D3 to cause the high speed flywheel type to effect a shift operation, which increases the current flow angle of the input AC current IAC, thereby achieving a power factor enhancement function.
Falls der Absolutwert der Eingangswechselspannung VAC absinkt, wird sodann die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp nicht leitend gemacht, und die Tertiärwicklung N3, welche die Spannungsresonanz-Impulsspannung liefert, arbeitet mit der Reihenschaltung aus denn Reihenresonanzkondensator C10, der Drosselspule Ls und dem Filterkondensator CN zusammen, um eine Reihenresonanzschaltung zu bilden.If the absolute value of the input AC voltage VAC decreases, then becomes the diode D3 of a fast freewheeling type was made non-conducting, and the tertiary winding N3, which provides the voltage resonance pulse voltage, operates with the series connection of the series resonant capacitor C10, the choke coil Ls and the filter capacitor CN together to a Form series resonance circuit.
Unter
Bezugnahme auf
Ferner erzeugt die Schaltung eine Spannung mit einem Signalverlauf ähnlich der der Spannung vds des Schaltelements Q1 als Tertiärwicklungsspannung V3. Wenn die Spannung V3 dem Reihenresonanzkondensator C10 der Reihenresonanzschaltung aus dem Kondensator C10, der Drosselspule Ls und dem Filterkondensator CN zugeführt wird, und ein Resonanzstrom fließt, schwingt die Anodenanschlussspannung der Diode D3 vom schnellen Freilauftyp in einer Schaltperiode. Wenn die Eingangswechselspannung VAC um 0 herum liegt, ist die Eingangs-Gleichrichtungsspannung V1 niedrig, und daher ist die Anodenspannung der Diode D3 vom schnellen Freilauftyp in dem Fall, dass die durch die Drosselspule Ls erzeugte Spannung der Eingangs-Gleichrichtungsspannung V1 überlagert ist, normalerweise niedriger als die Kathodenspannung, bei der es sich um die Spannung Ei an dem Glättungskondensator Ci handelt. und die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp verbleibt in einem AUS-Zustand. Demgemäß fließt kein Eingangswechselstrom.Further The circuit generates a voltage with a waveform similar to the one the voltage vds of the switching element Q1 as the tertiary winding voltage V3. If the voltage V3 is applied to the series resonant capacitor C10 of the series resonant circuit from the capacitor C10, the choke coil Ls and the filter capacitor CN is supplied, and a resonance current flows, The anode terminal voltage of diode D3 swings from the fast Freewheel type in one switching period. When the input AC voltage VAC is around 0, the input rectification voltage is V1 low, and therefore the anode voltage of the diode D3 is fast Freewheeling type in the case that generated by the choke coil Ls Voltage of the input rectification voltage V1 superimposed is usually lower than the cathode voltage at which it is is the voltage Ei on the smoothing capacitor Ci. and the fast-recovery-type diode D3 remains in an OFF state. Accordingly, no flows AC input current.
Falls die Eingangswechselspannung VAC soweit ansteigt, dass die Eingangs-Gleichrichtungsspannung V1 überschritten ist, dann wird mit Rücksicht darauf, dass die Anodenspannung der Diode D3 vom schnellen Freilauftyp höher wird als die eingangsseitige geglättete Spannung Ei, und zwar aufgrund der ihr überlagerten Spannung, die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp leitend gemacht, und der Eingangswechselstrom IAC beginnt, durch die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp zu fließen. Da der Eingangswechselstrom IAC zu einem Zeitpunkt zu fließen beginnt, zu dem die Eingangswechselspannung VAC um die von der Drosselspule Ls erzeugte Spannung niedriger ist als die eingangsseitige geglättet Spannung Ei, nimmt demgemäß der Stromflusswinkel des Eingangswechselstromes IAC zu, und der Leistungsfaktor kann gesteigert werden.If the AC input voltage VAC rises so far that the input rectification voltage V1 exceeded is, then with respect that the anode voltage of the diode D3 from the fast freewheeling type gets higher as the input-side smoothed Voltage egg, because of the voltage superimposed on it, the diode D3 made the fast freewheeling type, and the input AC power IAC begins to flow through the fast freewheel type diode D3. There the input AC current IAC starts to flow at a time to which the input AC voltage VAC to that of the choke coil Ls generated voltage is lower than the input side smoothed voltage Ei, accordingly takes the current flow angle of the input AC IAC, and the power factor can be increased.
Nebenbei sei angemerkt, dass ein Bedarf dahingehend besteht, das Schaltnetzteil sowohl für den 100 V-Typ als auch für den 200 V-Typ als Eingangswechselspannung VAC einzurichten, um zu ermöglichen, dass das Schaltnetzteil für einen weltweiten Einsatz betriebsbereit ist.By the way It should be noted that there is a need for the switching power supply as well as the 100 V type as well set the 200V type as input AC voltage VAC to enable, that the switching power supply for ready for worldwide use.
Damit das Schaltnetzteil einer Anforderung bezüglich einer Last-Leistungsänderung von 200 W bis 0 W bei einer Eingangsspannungsänderung zwischen dem 100 V-Typ und dem 200 V-Typ genügt, muss eine aktive Spannungs-Klemmschaltung der Primärseite des Verbund-Umsetzers vom Resonanztyp hinzugefügt werden, um den Steuerungsbereich der Schaltoperation zu erweitern.In order to the switching power supply of a request for a load power change from 200W to 0W with an input voltage change between the 100V type and the 200 V type is enough an active voltage clamp circuit of the primary side of the composite converter added by the resonance type to extend the control range of the switching operation.
In
diesem Fall stellt es eine mögliche
Vorstellung dar, eine aktive Spannungs-Klemmschaltung auf der Primärseite einer
derartigen Schaltung anzuordnen, wie dies in
Sogar dann, wenn die Eingangswechselspannung VAC vom 100 V-Typ ist, ist der Leistungsfaktor auf etwa 0,85 gesteigert, und ein Oberwellenverzerrungs-Steuerungswert ist zufrieden stellend. Wenn demgegenüber die Eingangswechselspannung VAC gegeben ist mit 230 V, weist der Leistungsfaktor einen Abfall auf etwa 0,7 auf, und ein Oberwellenverzerrungs-Steuerungswert ist nicht zufrieden stellend. Daher kann eine Netzteilschaltung mit einem verbesserten Leistungsfaktor, die für einen weltweiten Einsatz betriebsbereit ist, nicht erzielt werden.Even when the input AC voltage VAC is 100 V-type the power factor is increased to about 0.85, and is a harmonic distortion control value satisfactory. In contrast, when the input AC voltage VAC is given with 230 V, the power factor has a drop to about 0.7, and a harmonic distortion control value not satisfactory. Therefore, a power supply circuit with an improved power factor for a worldwide deployment is ready, can not be achieved.
Ferner weist die oben beschriebene Schaltung einen starken Abfall des Leistungsfaktors auf, wenn die Lastleistung abnimmt, und sie führt nicht zu einem Netzteil mit einem stabilisierten gesteigerten Leistungsfaktor, das auf eine Laständerung hin in geeigneter Weise arbeitet.Further For example, the circuit described above has a large power factor drop when the load power decreases, and it does not lead to a power supply with a stabilized increased power factor, which results in a load Regulation works in a suitable way.
Um
einen ZVS-Arbeitsbereich sicherzustellen, muss unterdessen die Reihenresonanzfrequenz der
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Wenn
die Eingangswechselspannung VAC niedrig ist, dann wird in dem Fall,
dass die Diode D3 vom schnellen Freilauftyp unberücksichtigt
gelassen wird, da sie ausgeschaltet ist, die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Folglich
muss die Reihenresonanzfrequenz der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ein
Schaltnetzteil, in welchem sämtliche Merkmale
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 enthalten sind, ist in
Ferner
ist es aus
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Schaltnetzteil mit einem einen Leistungsfaktor steigernden Umsetzer vom Verbundresonanztyp bereitzustellen, welches für eine weltweite Anwendung betriebsbereit ist.A Object of the present invention is a switching power supply with a power factor enhancing composite resonance type converter to provide which for a worldwide application is operational.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Schaltnetzteil gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen festgelegt.Is solved This object is achieved by a switching power supply according to the appended independent claims. advantageous Features of the present invention are defined in the corresponding subclaims.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den Netzteilschaltungen, die als Wandler eines Schaltfrequenzsteuerungs-Verbundresonanztyps bezeichnet werden, eine Spannung auf der Grundlage einer Schalt-Abgabespannung (Spannungsresonanz-Impulsspannung), die auf der Primärseite des Spannungsresonanzwandlers (primärseitige Resonanzschaltung) erzeugt wird, durch die Leistungsfaktor-Steigerungseinrichtung oder die Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungseinrichtung zu dem Glättungskondensator zurückgekoppelt, um den Stromflusswinkel des Eingangswechselstroms zu vergrößern, damit der Leistungsfaktor gesteigert wird.According to the present Invention is referred to in power supply circuits referred to as a switching frequency control composite resonance type converter be a voltage based on a switching-output voltage (Voltage resonance pulse voltage) the on the primary side the voltage resonance converter (primary-side resonance circuit) is generated by the power factor increasing means or the power factor increasing rectifying means to the smoothing capacitor fed back to increase the current flow angle of the input AC current, so the power factor is increased.
In diesem Fall wird die Spannungsresonanz-Impulsspannung, welche durch die aktive Klemmeinrichtung geklemmt wird, die auf der Primärseite gebildet ist, zu der Leistungsfaktor-Steigerungseinrichtung oder der Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungseinrichtung zurückgekoppelt. Folglich ist der Schaltsteuerbereich erweitert, und eine stabilisierte Leistungsfaktor-Kennlinie kann erzielt werden.In In this case, the voltage resonance pulse voltage passing through the active clamping device is clamped, which is formed on the primary side to the power factor enhancer or the power factor enhancement rectifier fed back. consequently is the switching control range extended, and a stabilized power factor characteristic can be achieved.
Ansonsten ist die Spannung, die auf der Grundlage der Spannungsresonanz-Impulsspannung zu der Leistungsfaktor-Steigerungseinrichtung oder zu der Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungseinrichtung zurückgekoppelt wird, eine Impulsspannung, die in der aktiven Klemmeinrichtung erzeugt wird, welche auf der Primärseite gebildet ist. Folglich ist der Schaltsteuerbereich erweitert, und es kann eine stabilisierte Leistungsfaktor-Kennlinie erzielt werden.Otherwise is the voltage that is based on the voltage resonance pulse voltage the power factor enhancer or the power factor enhancement rectifier fed back is a pulse voltage generated in the active clamping device which is on the primary side is formed. Consequently, the shift control range is expanded, and a stabilized power factor characteristic can be achieved.
Ferner können die Leistungsfaktor-Steigerungseinrichtung oder die Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungseinrichtung die Notwendigkeit nach einem Reihenresonanzkondensator eliminieren.Further can the power factor enhancer or the power factor enhancement rectifier eliminate the need for a series resonant capacitor.
Die obige Aufgabe sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, in denen entsprechende Teile oder Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet sind.The above object and other objects, features and advantages of The present invention will become apparent from the following description and the attached claims with reference to the attached Drawings can be seen in which corresponding parts or Elements are denoted by corresponding reference numerals.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed description of the preferred embodiments
Erste AusführungsformFirst embodiment
Gemäß
In der Netzteilschaltung sind ein Netzfilter-Transformator LFT und ein die Leitungen überbrückender Kondensator CL für eine Netzwechselspannung AC vorgesehen, und sie bilden ein Netzfilter.In the power supply circuit are a line filter transformer LFT and a bridging the lines Capacitor CL for an AC line voltage AC provided, and they form a line filter.
Die
Netzteilschaltung enthält
ferner eine Brückengleichrichterschaltung
Di für
eine Vollweggleichrichtung der Netzwechselspannung AC. Mit einer Vollweggleichrichtungs-Ausgangsspannung
der Brückengleichrichterschaltung
Di wird ein Glättungskondensator
Ci über
die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Bevor
ein Aufbau der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp enthält ein einziges Schaltelement Q1. Ein Bipolar-Transistor (BJT; ein Transistor des Sperrschichttyps) mit einer hohen Spannungsfestigkeitseigenschaft wird als Schaltelement Q1 angewandt.Of the A voltage resonance type converter includes a single switching element Q1. A bipolar transistor (BJT; a transistor of the junction type) having a high withstand voltage is called a switching element Q1 applied.
Eine Klemmdiode DD1 ist zwischen der Basis des Schaltelements Q1 und der negativen Elektrode (primärseitige Erde bzw. Masse) des Glättungskondensators Ci derart eingefügt, dass ein Pfad für die Klemmschaltung gebildet ist, in welchem ein Stromfluss erfolgt, wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist.A clamp diode DD1 is interposed between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary earth) of the smoothing capacitor Ci so as to form a path for the clamp circuit in which current flows when the switching element Q1 turns off is switched.
Der Kollektor des Schaltelements Q1 ist durch die Primärwicklung N1 eines Trenn-Umsetztransformators PIT mit dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci verbunden. Der Emitter des Schaltelements Q1 ist mit Erde bzw. Masse auf der Primärseite verbunden.Of the Collector of the switching element Q1 is through the primary winding N1 of a separation transforming transformer PIT connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci. The emitter of the switching element Q1 is grounded on the primary connected.
Das
Schaltelement Q1 führt
eine Schaltoperation mit einer Schaltfrequenz aus, die mit einem Steuerstrom
geändert
wird, der von einer Steuerschaltung
Ein Parallelresonanzkondensator Cr ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Schaltelements Q1 angeschlossen.One Parallel resonant capacitor Cr is between the collector and the Emitter of the switching element Q1 connected.
Der Parallelresonanzkondensator Cr weist eine Kapazität auf, die mit einer Streuinduktivität L1 auf der Seite der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT eine primärseitige Parallelresonanzschaltung des Umsetzers vom Spannungsresonanztyp bildet. Wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, zeigt die Spannung an dem Parallelresonanzkondensator Cr tatsächlich eine Impulswellenform einer Sinuswelle, und zwar aufgrund einer Wirkung der Parallelresonanzschaltung, und folglich wird ein Betrieb des Spannungsresonanztyps erzielt.Of the Parallel resonant capacitor Cr has a capacity, the with a leakage inductance L1 on the side of the primary winding N1 of the isolation conversion transformer PIT a primary-side Parallel resonance circuit of the voltage resonance type converter forms. When the switching element Q1 is turned off, the voltage shows actually has a pulse waveform at the parallel resonant capacitor Cr a sine wave due to an effect of the parallel resonance circuit, and consequently, an operation of the voltage resonance type is achieved.
Nunmehr
wird auf
Der Spalt G kann dadurch gebildet sein, dass die mittleren magnetischen Schenkel der Kerne CR1 und CR2 vom E-Typ kürzer sind als die beiden äußeren magnetischen Schenkel jedes der Kerne CR1 und CR2 des E-Typs. Ferner ist der Kopplungskoeffizient k beispielsweise mit k ≒ 0,85 gewählt, so dass ein loser Kopplungszustand erzielt wird, wodurch es ebenso erschwert ist, einen Sättigungszustand zu erreichen.Of the Gap G may be formed by the mean magnetic Legs of the E-type cores CR1 and CR2 are shorter than the two outer magnetic ones Legs of each of the cores CR1 and CR2 of the E-type. Furthermore, the Coupling coefficient k, for example, chosen with k ≒ 0.85, so that a loose coupling state is achieved, whereby it is also difficult to a saturation state to reach.
Ein Ende der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT ist mit dem Kollektor des Schaltelements Q1 verbunden, während das andere Ende der Primärwicklung N1 mit dem positiven Anschluss (der die gleichgerichtete und geglättete Spannung Ei führt) des Glättungskondensators Ci verbunden ist.One End of the primary winding N1 of the isolation conversion transformer PIT is connected to the collector of the Switching element Q1 connected while the other end of the primary winding N1 with the positive terminal (the rectified and smoothed voltage Egg leads) of the smoothing capacitor Ci is connected.
Die Tertiärwicklung N3 ist auf der Primärseite des Trenn-Umsetztransformators PIT gebildet. Wenn in diesem Fall ein Mittelabgriff auf der Primärseite vorgesehen ist, um die Primärwicklung N1 und die Tertiärwicklung N3 zu bilden, oder wenn außerdem eine Steuerwicklung Ng, die nachstehend beschrieben wird, mit einem Mittelabgriff verbunden ist, dann ist die Herstellung des Trenn-Umsetztransformators PIT erleichtert.The tertiary winding N3 is on the primary side of the Separating transforming transformer PIT formed. If in this case a Center tap provided on the primary side is to the primary winding N1 and the tertiary winding N3 form, or if in addition a Control winding Ng, which will be described below, with a center tap is connected, then the production of the isolation conversion transformer PIT facilitated.
Zurückkommend
auf
In
diesem Fall sind eine Gleichrichtungsdiode Do und ein Glättungskondensator
Co in einer solchen Weise, wie aus
Ferner
enthält
die Netzteilschaltung die Steuerschaltung
Mit
anderen Worten ausgedrückt
heißt
dies, dass die Steuerschaltung
Wenn bei der Schaltfrequenzsteuerung die sekundärseitige Ausgangsspannung infolge der Tatsache ansteigt, dass beispielsweise anzunehmen ist, dass die Belastung abnimmt, wird die Schaltfrequenz erhöht, um die sekundärseitige Abgabespannung herabzudrücken.If in the switching frequency control, the secondary side output voltage due the fact that, for example, it can be assumed that the load decreases, the switching frequency is increased to the secondary side Depress delivery voltage.
Die
Netzteilschaltung enthält
ferner eine auf der Primärseite
vorgesehene aktive Klemmschaltung
Die
aktive Klemmschaltung
Die Klemmdiode DD2 ist zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 parallel geschaltet. Insbesondere ist die Anode der Klemmdiode DD2 mit der Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden, und die Kathode der Klemmdiode DD2 ist mit der Drain-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden.The Clamp diode DD2 is between the drain and the source of the auxiliary switching element Q2 connected in parallel. In particular the anode of the clamping diode DD2 with the source electrode of the auxiliary switching element Q2, and the cathode of the clamping diode DD2 is connected to the drain electrode the auxiliary switching element Q2 connected.
Die Drain-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 ist mit der positiven Belegung des Glättungskondensators Ci durch den Klemmkondensator C3 verbunden. Die Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 ist mit einem Kollektor-Schaltungspunkt des Schaltelements Q1 verbunden.The Drain electrode of the auxiliary switching element Q2 is positive Assignment of the smoothing capacitor Ci connected by the clamp capacitor C3. The source of the auxiliary switching element Q2 is connected to a collector node of the switching element Q1 connected.
Demgemäß ist die
aktive Klemmschaltung
In
dem Ansteuerschaltungssystem für
das Hilfs-Schaltelement Q2 ist die Reihenschaltung aus dem Kondensator
Cg, dem Widerstand Rg und der Ansteuerwicklung Ng mit der Gate-Elektrode
des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden, wie dies aus
In diesem Fall ist die Ansteuerwicklung Ng auf der Wicklungs-Anfangsseite der Primärwicklung N1 gebildet, und sie weist als Windungszahl beispielsweise 1 T (Windung) auf.In In this case, the drive winding Ng is on the winding start side the primary winding N1 formed, and it has a number of turns, for example, 1 T (winding) on.
Folglich wird auf eine Wechselspannung hin, die von der Primärwicklung N1 erhalten wird, in der Ansteuerwicklung Ng eine Spannung erzeugt. Ferner werden in diesem Fall Spannungen von entgegengesetzten Polaritäten durch die Primärwicklung N1 und die Ansteuerwicklung Ng erhalten, und zwar aufgrund der Wicklungsrichtungen der Primärwicklung N1 und der Ansteuerwicklung Ng.consequently is due to an AC voltage coming from the primary winding N1 is generated in the drive winding Ng generates a voltage. Further, in this case, voltages of opposite polarities are transmitted the primary winding N1 and the drive winding Ng, because of the winding directions the primary winding N1 and the drive winding Ng.
Demgemäß werden
das Schaltelement Q1 und das Hilfs-Schaltelement Q2 abwechselnd ein-/ausgeschaltet,
und die Spannungsresonanz-Impulsspannung wird durch die aktive Klemmschaltung
Während die
Tertiärwicklung
N3 des Trenn-Umsetztransformators PIT als Rückkopplungswicklung zu der
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Nunmehr
wird ein Aufbau der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
In
der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Der Filterkondensator CN für ein Normalbetriebs-Filter ist ferner der Diode D1 vom langsamen Freilauftyp parallel geschaltet.The filter capacitor CN for a Normalbe Drive filter is further connected in parallel to the diode D1 of the slow freewheeling type.
Ferner ist die Kathode der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp mit der Induktivität Ls in Reihe geschaltet, die ihrerseits mit der Tertiärwicklung N3 des Trenn-Umsetztransformators PIT verbunden ist. Das andere Ende der Tertiärwicklung N3 des Trenn-Umsetztransformators PIT, d. h. ein Mittelabgriffspunkt zwischen der Tertiärwicklung N3 und der Primärwicklung N1, ist mit der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators Ci verbunden. Folglich ist die Reihenschaltung aus der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp, der Induktivität Ls und der Tertiärwicklung N3 der Diode D1 vom langsamen Freilauftyp und außerdem dem Filterkondensator CN für ein Normalbetriebs-Filter parallel geschaltet.Further is the cathode of the diode D2 of the fast flywheel type with the inductance Ls in Series connected in turn to the tertiary winding N3 of the isolating transformer PIT is connected. The other end of the tertiary winding N3 of the isolation transforming transformer PIT, d. H. a center tap point between the tertiary winding N3 and the primary winding N1, is connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor Ci. consequently is the series connection of the diode D2 fast freewheeling type, the inductance Ls and the tertiary winding N3 of the diode D1 of the slow freewheeling type and also the filter capacitor CN for a normal mode filter connected in parallel.
Die
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
In
der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner
wird in der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Mit dem auf diese Weise zurückgekoppelten Schalt-Ausgangssignal wird eine Wechselspannung der Schaltperiode dem Strompfad des Stromes I2 überlagert, der durch die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp und die Induktivität Ls fließt. Durch die überlagerte Wechselspannung der Schaltperiode wird somit ein Betrieb zum Ein- und Ausschalten des Gleichrichtungsstromes in der Schaltperiode an der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp erhalten.With the switching output signal fed back in this way becomes an AC voltage of the switching period the current path of the current I2 superimposed, which flows through the fast-recovery type diode D2 and the inductance Ls. By the superimposed AC voltage of the switching period is thus an operation for and turning off the rectifying current in the switching period received at the diode D2 fast freewheeling type.
Insbesondere dann, wenn die Kathodenspannung V2 der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp niedriger ist als die Anodenspannung, das ist die Gleichrichtungsspannung V1, führt die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp EIN-/AUS-Operationen aus. Durch die EIN-/AUS-Operationen fließt ein Ladestrom zu dem Glättungskondensator Ci auch innerhalb einer Zeitspanne, innerhalb der der Gleichrichtungs-Ausgangsspannungspegel V1 niedriger ist als die Spannung an dem Glättungskondensator Ci.Especially when the cathode voltage V2 of the fast-recovery type diode D2 becomes lower is called the anode voltage, that is the rectification voltage V1, leads the diode D2 from the fast recovery type ON / OFF operations. By the ON / OFF operations flow a charging current to the smoothing capacitor Ci also within a period of time within which the rectification output voltage level V1 is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci.
Infolgedessen wird der gemittelte Signalverlauf des Eingangswechselstroms so gesteuert, dass eine Annäherung an den Signalverlauf der Eingangswechselspannung erfolgt, um den Stromflusswinkel des Eingangswechselstromes zu vergrößern, damit eine Steigerung im Leistungsfaktor erreicht wird.Consequently the averaged waveform of the input AC is controlled so that an approximation to the waveform of the AC input voltage to the To increase the current flow angle of the input alternating current, so that a Increase in power factor is achieved.
Während der Ladestrom zu dem Glättungskondensator Ci separat längs des Pfades fließt, der durch die Diode D1 vom langsamen Freilauftyp bereitgestellt ist, und längs des Pfades, der durch die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp und die Induktivität Ls bereitgestellt ist, wie dies oben beschrieben worden ist, leitet die Diode D1 vom langsamen Freilauftyp lediglich dann, wenn die Eingangswechselspannung VAC einen Wert um die positiven und negativen Spitzenwerte aufweist. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, dass der Ladestrom I1 lediglich dann fließt, wenn die Eingangswechselspannung VAC einen Wert um einen Spitzenwert der betreffenden Spannung aufweist. Daher verhindert die Diode D1 vom langsamen Freilauftyp das Fließen eines übermäßig hohen Ladestroms zu der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp um die positiven und negativen Spitzenwerte der Eingangswechselspannung VAC. Folglich ist der Leistungsverlust der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp verringert, und es kann ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden.During the Charging current to the smoothing capacitor Ci separately along the path flows, provided by the slow-freewheeling type diode D1 is, and longitudinal the path through the diode D2 from the fast freewheeling type and the inductance Ls is provided as described above the slow-release type diode D1 only when the Input AC voltage VAC a value around the positive and negative Has peak values. In other words, this means that the charging current I1 only flows when the input AC voltage VAC has a value around a peak value of the voltage in question. Therefore, the slow-freewheel type diode D1 prevents the flow of excessively high Charging current to the diode D2 from the fast freewheeling type to the positive and negative peaks of the input AC voltage VAC. consequently is the power loss of the fast-recovery type diode D2 decreases, and it can be a higher Efficiency can be achieved.
Demgemäß kann eine Diode mit einer verhältnismäßig kleinen Stromkapazität selektiv für die Dioden D1 und D2 verwendet werden. Ferner kann die Verringerung der Wärmeerzeugung die Notwendigkeit nach einer Kühlplatte eliminieren, und dadurch können eine Verringerung in der Schaltungsgröße und eine Verringerung in den Kosten erwartet werden.Accordingly, a Diode with a relatively small current capacity selective for the diodes D1 and D2 are used. Furthermore, the reduction the heat generation the need for a cooling plate eliminate, and thereby can a reduction in circuit size and a reduction in the costs are expected.
Ferner
wird in der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner
ist die aktive Klemmschaltung
Da
die Impulsbreite der Spannungsresonanz-Impulsspannung (Klemmspannung)
in dem Fall, dass das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, durch
die aktive Klemmschaltung
Unterdessen
veranschaulicht
In
In
diesem Fall weist die Schaltung gemäß
Primärwicklung
N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT = 53 T;
Tertiärwicklung
N3 des Trenn-Umsetztransformators PIT = 18 T;
primärseitiger
Parallelresonanzkondensator Cr = 3300 pF;
Klemmkondensator
C3 = 0,047 μF;
Filterkondensator
CN = 1 μF;
Induktivität Ls = 68 μH.In this case, the circuit according to
Primary winding N1 of isolation conversion transformer PIT = 53 T;
Tertiary winding N3 of the isolation conversion transformer PIT = 18 T;
primary-side parallel resonant capacitor Cr = 3300 pF;
Clamp capacitor C3 = 0.047 μF;
Filter capacitor CN = 1 μF;
Inductance Ls = 68 μH.
Wie
aus
Wenn
andererseits die Eingangswechselspannung VAC gegeben ist mit 230
V und die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner ändert sich
der Leistungsfaktor PF, wie aus
Kurz gesagt kann ein Leistungsfaktor PF mit einer Kennlinie, die eine verhältnismäßig geringe Änderung in Bezug auf eine starke Änderung der Lastleistung Po oder der Eingangswechselspannung VAC zeigt, realisiert werden.Short In other words, a power factor PF having a characteristic that has a relatively small change in terms of a big change the load power Po or the input AC voltage VAC shows, will be realized.
Unterdessen
reicht der Wechselspannung-/Gleichspannungs- bzw. AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad
(ηAC/DC) in dem Fall dass die Eingangswechselspannung
VAC gegeben ist mit 100 V und die Lastleistung Po von 50 W bis 200
W reicht, von 88,8% bis 90,8% in dem Fall, dass die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Wenn
die Eingangswechselspannung VAC 230 V beträgt und wenn die Last- bzw.
Nutzleistung Po von 50 W bis 200 W reicht, reicht der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad
(ηAC/DC) von 87,1% bis 92,0% in dem Fall, dass
die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Eine
Art und Weise, gemäß der der
Ladestrom I1 und der Ladestrom
Insbesondere
um eine Spitze der Eingangswechselspannung VAC herum fließt der Strom
I1 mit der in
Zweite AusführungsformSecond embodiment
Nunmehr wird ein weiteres Schaltnetzteil beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt ist.Now Another switching power supply is described in which the present Invention is applied.
Die vorliegende Ausführungsform erreicht ein ähnliches bzw. entsprechendes Ziel wie jenes, das durch die oben beschriebene erste Ausführungsform erreicht wird, und daneben erzielt die vorliegende Ausführungsform eine Steigerung des AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrades (ηAC/DC) in dem Fall, dass die Eingangswechselspannung VAC eine Spannung des 100 V-Typs ist.The present embodiment achieves a similar goal as that achieved by the first embodiment described above, and besides, the present embodiment achieves an increase in the AC / DC power conversion efficiency (η AC / DC ) in the case where the AC input voltage VAC is a voltage of the 100V type.
Gemäß
In
dem Netzteil wird ein Eingangswechselstrom IAC von einer Netzwechselstromquelle
AC durch einen Leitungsfilter-Transformator LFT von der Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Bevor
ein Aufbau der Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Auch
der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp enthält bei der Netzteilschaltung
gemäß
In
entsprechender Weise wie bei dem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp
in der Netzteilschaltung gemäß
Überdies
ist in entsprechender Weise wie bei dem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp
in der Netzteilschaltung gemäß
Obwohl eine Tertiärwicklung N3 auf der Primärseite des Trenn-Umsetztransformators PIT gewickelt ist, sei darauf hingewiesen, dass die Tertiärwicklung N3 hier als von der Primärwicklung N1 getrennte Wicklung gewickelt ist. Die Primärwicklung N1 und die Ansteuerwicklung Ng sind an einem Mittelabgriff miteinander verbunden.Even though a tertiary winding N3 on the primary side of the isolation conversion transformer PIT, it should be noted that that the tertiary winding N3 here as from the primary winding N1 separate winding is wound. The primary winding N1 and the drive winding Ng are connected to each other at a center tap.
Nunmehr
wird ein Aufbau der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungs- bzw. Gleichrichterschaltung
Die
Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Insbesondere ist ein Wicklungsende der Primärwicklung (Induktivität LT1) des Transformators T mit der Kathode der Diode D11 vom schnellen Freilauftyp in Reihe geschaltet, während ein Wicklungsanfang der Primärwicklung (LT1) mit der positiven Belegung des Glättungskondensators Ci1 verbunden ist. Ferner ist ein Wicklungsende der Sekundärwicklung (Induktivität LT2) des Transformators T mit der Anode der Diode D12 vom schnellen Freilauftyp in Reihe geschaltet, und ein Wicklungsanfang der Sekundärwicklung (LT2) ist mit Erde bzw. Masse auf der Primärseite verbunden.Especially is a coil end of the primary winding (inductance LT1) of the transformer T with the cathode of the diode D11 from the fast Freewheel type connected in series, while a winding start the primary (LT1) is connected to the positive assignment of the smoothing capacitor Ci1. Further, a winding end of the secondary winding (inductance LT2) of Transformer T with the anode of the diode D12 fast freewheeling type connected in series, and a winding start of the secondary winding (LT2) is connected to ground on the primary side.
Ein Wicklungsende der Tertiärwicklung N3 des Trenn-Umsetztransformators PIT ist mit einem Schaltungsknoten zwischen den Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp verbunden, und ein Wicklungsanfang der Tertiärwicklung N3 ist mit einer der Wechselspannungsleitungen verbunden.One Winding end of tertiary winding N3 of the isolation conversion transformer PIT is connected to a circuit node connected between the diodes D11 and D12 of the fast freewheeling type, and a winding start of the tertiary winding N3 is connected to one of AC power lines connected.
Die
Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Die Reihenschaltung aus den Dioden D13 und D14 vom langsamen Freilauftyp ist zwischen der positiven Belegung bzw. dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci1 und der primärseitigen Masse bzw. Erde eingefügt.The Series connection of the diodes D13 and D14 of the slow freewheeling type is between the positive occupancy and the positive connection of the smoothing capacitor Ci1 and the primary-side Ground or earth inserted.
Nachstehend
wird die Gleichrichtungsfunktion der Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
In
der Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Insbesondere innerhalb einer Zeitspanne, in der die Eingangswechselspannung VAC positiv ist, fließt ein Gleichrichtungsstrom von der ersten Gleichrichtungsschaltung längs einer Route von der Wechselspannungsquelle AC → Tertiärwicklung N3 → Diode D11 vom schnellen Freilauftyp → Induktivität LT1 → Glättungskondensator Ci1, um den Glättungskondensator Ci1 aufzuladen. Gleichzeitig fließt ein Gleichrichtungsstrom von der zweiten Gleichrichtungsschaltung längs einer anderen Route von der Wechselspannungsquelle AC → Diode D13 vom langsamen Freilauftyp → Glättungskondensator Ci1, um den Glättungskondensator Ci1 aufzuladen.Especially within a period of time in which the AC input voltage VAC is positive, flows a rectification current from the first rectification circuit along one Route from AC voltage source AC → tertiary winding N3 → diode D11 Fast freewheel type → Inductance LT1 → Smoothing capacitor Ci1 to the smoothing capacitor Ci1 charge. At the same time, a rectifying current flows from the second rectification circuit along another route from the AC voltage source AC → diode D13 of slow freewheeling type → smoothing capacitor Ci1 to the smoothing capacitor Ci1 charge.
Andererseits fließt innerhalb einer anderen Zeitspanne, in der die Eingangswechselspannung VAC negativ ist, ein Gleichrichtungsstrom von der ersten Gleichrichtungsschaltung längs einer Route von der Wechselspannungsquelle AC → Glättungskondensator Ci2 → primärseitige Masse bzw. Erde → Induktivität LT2 → Diode D12 vom schnellen Freilauftyp, um den Glättungskondensator Ci2 aufzuladen. Gleichzeitig fließt ein Gleichrichtungsstrom von der zweiten Gleichrichtungsschaltung längs einer anderen Route von der Wechselspannungsquelle AC → Glättungskondensator Ci2 → primärseitige Erde bzw. Masse → Diode D14 vom langsamen Freilauftyp, um den Glättungskondensator Ci2 aufzuladen.On the other hand, within another period in which the input AC voltage VAC is negative, a rectifying current flows from the first rectifying circuit along a route from the AC power source AC → smoothing capacitor Ci2 → primary side earth → inductance LT2 → fast recovery type diode D12 to the smoothing capacitor Ci2 charge. At the same time, a rectifying current from the second rectifying circuit flows along another route from the AC power source AC → Smoothing capacitor Ci2 → primary side earth → low-freewheel type diode D14 to charge the smoothing capacitor Ci2.
Kurz gesagt fließt der Gleichrichtungsstrom separat von den ersten und zweiten Gleichrichtungsschaltungen längs zweier Routen zu den Glättungskondensatoren Ci1 und Ci2.Short said to flow the rectification current is separate from the first and second rectification circuits along two Routes to the smoothing capacitors Ci1 and Ci2.
Da die Glättungskondensatoren Ci1 und Ci2 in Reihe geschaltet sind und die gleichgerichtete und geglättete Spannung Ei von der positiven Anschlussseite des Glättungskondensators Ci1 abgenommen wird, ist ein Doppelspannungs-Gleichrichtungssystem erreicht.There the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series and the rectified and smoothed voltage Egg is removed from the positive terminal side of the smoothing capacitor Ci1, is a double-voltage rectification system reached.
Die
Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Zu den beiden Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp, wie sie oben beschrieben worden sind, wird eine Schalt-Ausgangsspannung (geklemmte Spannungsresonanz-Impulsspannung), die von der primärseitigen Parallelresonanzschaltung erhalten wird, durch die Tertiärwicklung N3 des Trenn-Umsetztransformators PIT zurückgekoppelt.To the two diodes D11 and D12 of the fast freewheeling type, as they above, becomes a switching output voltage (clamped voltage resonance pulse voltage) coming from the primary side Parallel resonant circuit is obtained by the tertiary winding N3 of the isolation conversion transformer PIT fed back.
Eine von der Schalt-Ausgangsspannung ausgehende Wechselspannung der Schaltperiode, die auf diese Weise zurückgekoppelt ist, wird den Gleichrichtungsstrompfaden überlagert, und aus dem überlagerten Wechselstrom der Schaltperiode wird eine Operation des Ein- und Ausschaltens des Gleichrichtungsstroms in der Schaltzeitspanne bzw. Schaltperiode an der Diode D11 (oder D12) vom schnellen Freilauftyp erhalten. Durch die EIN-/AUS-Schaltwirkung Hießt der Ladestrom für den Glättungskondensator Ci1 (oder Ci2) auch innerhalb einer Zeitspanne, in der der Gleichrichtungs-Ausgangsspannungspegel niedriger ist als die Spannung an dem Glättungskondensator Ci1 (oder Ci2).A from the switching output voltage outgoing AC voltage of the switching period, the coupled back in this way is superimposed on the rectification current path, and out of the superimposed Alternating current of the switching period becomes an operation of on and off Turning off the rectification current in the switching period on the D11 (or D12) fast-freewheel type diode. Due to the ON / OFF switching effect, the charge current for the smoothing capacitor Ci1 (or Ci2) even within a period of time in which the rectification output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci1 (or Ci2).
Infolgedessen wird der gemittelte Signalverlauf des Eingangswechselstroms so gesteuert, dass sie sich an die Wellenform der Eingangswechselspannung annähert, um den Stromflusswinkel des Eingangswechselstromes zu vergrößern, damit eine Verbesserung nun Leistungsfaktor erzielt wird.Consequently the averaged waveform of the input AC is controlled so that it approximates the waveform of the input AC voltage to to increase the current flow angle of the input alternating current, thus an improvement is now achieved in the power factor.
In
der Leistungsfaktor-Gleichrichtungsschaltung
Dies
verhindert das Fließen
eines übermäßigen Ladestroms
durch die Diode D11 oder D12 vom schnellen Freilauftyp, wenn die
Eingangswechselspannung VAC einen Wert um einen positiven oder negativen
Spitzenwert herum aufweist. Insbesondere dann, wenn Eingangswechselspannung
VAC einen Wert um einen positiven oder negativen Spitzenwert herum
aufweist, fließt
ein Ladestrom zu den Dioden D13 und D14 vom langsamen Freilauftyp,
während lediglich
ein Strom von hoher Frequenz zu den Dioden D11 und D12 vom schnellen
Freilauftyp fließt. Daher
ist der Leistungsverlust der Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp
herabgesetzt, und es kann ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden.
Folglich kann der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad (ηAD/DC) im Vergleich zu jenem der Schaltung
gemäß
Ferner kann eine Diode mit einer verhältnismäßig kleinen Stromkapazität selektiv für die Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp verwendet werden. Überdies kann eine Verringerung der Wärmeerzeugung die Notwendigkeit nach einer Kühlplatte eliminieren. Folglich können eine Verringerung in der Schaltungsgröße und eine Verringerung in den Kosten dadurch erwartet werden.Further can be a diode with a relatively small current capacity selective for the high speed freewheeling type diodes D11 and D12 are used. moreover can reduce the heat production the need for a cooling plate eliminate. Consequently, you can a reduction in circuit size and a reduction in the costs are expected.
Auch
in der Netzteilschaltung gemäß
Ferner
ist die aktive Klemmschaltung
Überdies
wird mit Rücksicht
darauf, dass die Impulsbreite der Spannungsresonanz-Impulsspannung (Klemmspannung)
in dem Fall, dass das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, durch
die aktive Klemmschaltung
Dritte AusführungsformThird embodiment
Gemäß
Gemäß
Auch
der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp, der ein Schaltelement Q1
in Form eines Bipolar-Transistors mit einer hohen Spannungsfestigkeitseigenschaft
enthält,
weist einen entsprechenden Aufbau auf wie jener in
Insbesondere ist eine Klemmdiode DD1 zwischen der Basis des Schaltelements Q1 und der negativen Elektrode (primärseitige Erde bzw. Masse) des Glättungskondensators Ci eingefügt. Der Emitter des Schaltelements Q1 ist mit Erde bzw. Masse auf der Primärseite verbunden.Especially is a clamp diode DD1 between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary earth) of the smoothing capacitor Ci inserted. The emitter of the switching element Q1 is grounded on the primary connected.
Der Kollektor des Schaltelements Q1 ist mit dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci durch die Primärwicklung N1 eines Trenn- Umsetztransformators PIT und eine Primärwicklung (Induktivität Lp) eines Transformators T verbunden.Of the Collector of the switching element Q1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci through the primary winding N1 of a separation transformer PIT and a primary winding (inductance Lp) of a transformer T connected.
Das
Schaltelement Q1 führt
eine Schaltoperation mit einer Schaltfrequenz aus, die durch den Steuerstrom
geändert
wird, der von einer Steuerschaltung
In
entsprechender Weise wie bei der Schaltung gemäß
Der
Trenn-Umsetztransformator PIT weist einen Aufbau auf, wie er oben
unter Bezugnahme auf
Ein Ende der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT ist mit dem Kollektor des Schaltelements Q1 verbunden, während das andere Ende der Primärwicklung N1 mit dem positiven Anschluss (gleichgerichtete und geglättete Spannung Ei) des Glättungskondensators Ci durch die Primärwicklung (Induktivität Lp) des Transformators T verbunden ist.One End of the primary winding N1 of the isolation conversion transformer PIT is connected to the collector of the Switching element Q1 connected while the other end of the primary winding N1 with the positive terminal (rectified and smoothed voltage Ei) of the smoothing capacitor Ci through the primary winding (inductance Lp) of the transformer T is connected.
Eine Treiber- bzw. Ansteuerwicklung Ng ist durch eine Mittelabgriffsverbindung auf der Primärseite des Trenn-Umsetztransformators PIT gebildet.A Driver winding Ng is through a center tap connection on the primary side of the separation conversion transformer PIT.
Es
sei darauf hingewiesen, dass in der Schaltung gemäß
In
entsprechender Weise wie bei dem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp
in der Netzteilschaltung gemäß
Außerdem enthält die vorliegende
Netzteilschaltung eine aktive Klemmschaltung
Die
aktive Klemmschaltung
Die Klemmdiode DD2 ist zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 parallel angeschlossen. Insbesondere ist die Anode der Klemmdiode DD2 mit der Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden, und die Kathode der Klemmdiode DD2 ist mit der Drain-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden.The Clamp diode DD2 is between the drain and the source of the auxiliary switching element Q2 connected in parallel. Especially is the anode of the clamp diode DD2 with the source of the auxiliary switching element Q2, and the cathode of the clamping diode DD2 is connected to the drain electrode the auxiliary switching element Q2 connected.
Die Drain-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 ist mit der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators Ci durch den Klemmkondensator C3 verbunden. Die Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 ist mit einem Kollektorschaltungspunkt des Schaltelements Q1 verbunden.The Drain electrode of the auxiliary switching element Q2 is positive Electrode side of the smoothing capacitor Ci connected by the clamp capacitor C3. The source electrode of the auxiliary switching element Q2 is at a collector node connected to the switching element Q1.
Demgemäß ist die
aktive Klemmschaltung
In
dem Ansteuerschaltungssystem für
das Hilfs-Schaltelement Q2 ist die Reihenschaltungsverbindung aus
dem Kondensator Cg, dem Widerstand Rg und der Ansteuerwicklung Ng
mit der Gate-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden, wie dies
aus
In diesem Fall ist die Ansteuerwicklung Ng auf der Wicklungsanfangsseite der Primärwicklung N1 gebildet, und sie weist beispielsweise 1 T (Windung) als Windungszahl auf.In In this case, the drive winding Ng is on the winding start side the primary winding N1 formed, and it has, for example, 1 T (winding) as a number of turns on.
Folglich wird in der Ansteuerwicklung Ng auf eine Wechselspannung hin, die von der Primärwicklung N1 erhalten wird, eine Spannung erzeugt. Ferner werden in diesem Fall Spannungen von entgegengesetzten Polaritäten durch die Primärwicklung N1 und die Ansteuerwicklung Ng erhalten, und zwar aufgrund der Wicklungsrichtungen der Primärwicklung N1 und der Ansteuerwicklung Ng.consequently is in the drive winding Ng to an AC voltage, the from the primary winding N1, a voltage is generated. Furthermore, in this Case voltages of opposite polarities through the primary winding N1 and the drive winding Ng, because of the winding directions the primary winding N1 and the drive winding Ng.
Demgemäß werden
das Schaltelement Q1 und das Hilfs-Schaltelement Q2 abwechselnd ein-/ausgeschaltet,
und eine Spannungsresonanz-Impulsspannung wird durch die aktive
Klemmschaltung
Während die
Primärwicklung
(Induktivität
Lp) des Transformators T als Rückkopplungswicklung
für die
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Nunmehr
wird ein Aufbau der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Insbesondere
ist in der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner ist der Kondensator CN für ein Normalbetriebs-Filter der Diode D1 vom langsamen Freilauftyp parallel geschaltet.Further is the capacitor CN for a normal operation filter of the slow-free-wheel type diode D1 connected in parallel.
Ferner ist die Kathode der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp mit einem Wicklungsende der Sekundärwicklung (Induktivität Ls) des Transformators T verbunden, und ein Wicklungsanfang der Sekundärwicklung (Ls) des Transformators T ist mit der positiven Elektrodenseite des Glättungskondensators Ci verbunden. Folglich ist die Reihenschaltung aus der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp und der Induktivität Ls der Diode D1 vom langsamen Freilauftyp und auch dem Kondensator CN für ein Normalbetriebs-Filter parallel geschaltet.Further is the cathode of the diode D2 fast freewheeling type with a Winding end of the secondary winding (inductance Ls) of the transformer T, and a winding start of the secondary winding (Ls) of the transformer T is the positive electrode side of the smoothing capacitor Ci connected. Consequently, the series connection of the diode D2 Fast freewheeling type and inductance Ls of diode D1 slow Freewheeling and also the capacitor CN for a normal operation filter connected in parallel.
Die Primärwicklung (Induktivität Lp) des Transformators T ist mit dem Wicklungsende der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT verbunden, während der Wicklungsanfang der Primärwicklung (Induktivität Lp) des Transformators T mit der positiven Elektrode des Glättungskondensators Ci verbunden ist.The primary (inductance Lp) of the transformer T is connected to the winding end of the primary winding N1 of the separation conversion transformer PIT, while the Winding start of the primary winding (inductance Lp) of the transformer T with the positive electrode of the smoothing capacitor Ci is connected.
In dem Transformator T mit einem solchen Verbindungssystem von Primärwicklung (Lp) und Sekundärwicklung (Ls), wie es oben beschrieben worden ist, sind das Wicklungsende der Primärwicklung (Lp) und der Wicklungsanfang der Sekundärwicklung (Ls) miteinander verbunden. Deshalb können die Primärwicklung (Lp) und die Sekundärwicklung (Ls) tatsächlich durch eine Mittelabgriffsverbindung miteinander verbunden sein. Daraus ergibt sich, dass der Transformator T unter Heranziehung eines trommelartigen Magnetkerns aus Ferrit eines offenen Magnetkreises von geringer Größe gebildet sein kann, und damit können eine Erleichterung in der Herstellung und eine Miniaturisierung der Schaltung realisiert werden.In the transformer T with such Connection system of the primary winding (Lp) and secondary winding (Ls), as described above, the winding end of the primary winding (Lp) and the winding start of the secondary winding (Ls) are interconnected. Therefore, the primary winding (Lp) and the secondary winding (Ls) may actually be interconnected by a center tap connection. As a result, the transformer T can be formed of ferrite of an open magnetic circuit of a small size by using a drum-type magnetic core, and thus manufacturing facilitation and miniaturization of the circuit can be realized.
Die
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
In
der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner
wird eine Schaltausgangsspannung, die durch die primärseitige
Parallelresonanzschaltung erhalten wird und bei der ein Stromfluss
durch die Primärwicklung
(Lp) des Transformators T erfolgt, das ist eine Spannungsresonanz-Impulsspannung, die
durch die aktive Klemmschaltung
Mit
der auf diese Weise zurückgekoppelten Schalt-Ausgangsspannung
wird eine Wechselspannung der Schaltperiode dem Strompfad des Stromes
Insbesondere dann, wenn die Kathodenspannung V2 der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp niedriger ist als die Anodenspannung, das ist die Gleichrichtungsspannung V1. führt die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp EIN-/AUS-Operationen aus. Durch die EIN-/AUS-Operationen fließt ein Ladestrom zu dem Glättungskondensator Ci auch innerhalb einer Zeitspanne, innerhalb der der Gleichrichtungs-Ausgangsspannungspegel V1 niedriger ist als die Spannung an dem Glättungskondensator Ci.Especially when the cathode voltage V2 of the fast-recovery type diode D2 becomes lower is called the anode voltage, that is the rectification voltage V1. leads the diode D2 from the fast recovery type ON / OFF operations. By the ON / OFF operations flow a charging current to the smoothing capacitor Ci also within a period of time within which the rectification output voltage level V1 is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci.
Infolgedessen wird der gemittelte Signalverlauf des Eingangswechselstroms so gesteuert. dass sie sich an den Signalverlauf der Eingangswechselspannung annähert, um den Stromflusswinkel des Eingangswechselstroms zu vergrößern, wodurch eine Verbesserung im Leistungsfaktor erzielt wird.Consequently the average waveform of the input AC is thus controlled. that it approximates the waveform of the AC input voltage to to increase the current flow angle of the input AC current, creating a Improvement in power factor is achieved.
Während der Ladestrom zu dem Glättungskondensator Ci separat längs des Pfades fließt, der durch die Diode D1 vom langsamen Freilauftyp bereitgestellt wird, und längs des Pfades, der durch die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp und die Induktivität Ls bereitgestellt wird, wie dies oben beschrieben worden ist, leitet die Diode D1 vorn langsamen Freilauftyp lediglich dann, wenn die Eingangswechselspannung VAC einen Wert um positive und negative Spitzenwerte herum aufweist. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, dass der Ladestrom I1 lediglich dann fließt, wenn die Eingangswechselspannung VAC einen Wert um einen Spitzenwert dieser Spannung herum aufweist. Daher verhindert die Diode D1 vom langsamen Freilauftyp das Fließen eines übermäßig hohen Ladestroms zu der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp um die positiven und negativen Spitzenwerte der Eingangswechselspannung VAC herum. Infolgedessen sinkt der Leistungsverlust der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp, und es kann ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden.During the Charging current to the smoothing capacitor Ci separately along the path flows, provided by the slow-freewheeling type diode D1 becomes, and along the path through the diode D2 from the fast freewheeling type and the inductance Ls is provided, as described above, directs the diode D1 in front of slow freewheeling type only when the Input AC voltage VAC a value around positive and negative peak values around. In other words, this means that the charging current I1 just flows, when the input AC voltage VAC is a value around a peak value having this voltage around. Therefore, the diode D1 prevents from slow freewheeling type flowing an overly high Charging current to the diode D2 from the fast freewheeling type to the positive and negative peaks of the input AC voltage VAC. As a result, the power loss of the diode D2 decreases from the fast Freewheel type, and it can be a higher Efficiency can be achieved.
Demgemäß kann eine Diode mit einer verhältnismäßig geringen Stromkapazität selektiv für die Dioden D1 und D2 verwendet werden. Ferner kann eine Verringerung der Wärmeerzeugung die Notwendigkeit nach einer Kühlerplatte eliminieren, und eine Verringerung in der Schaltungsgröße sowie eine Verringerung in den Kosten können dadurch erwartet werden.Accordingly, a Diode with a relatively low current capacity selective for the diodes D1 and D2 are used. Furthermore, a reduction the heat generation the need for a cooler plate eliminate, and a reduction in circuit size as well a reduction in costs can be expected thereby.
Ferner
wird in der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner
ist, wie oben beschrieben, die aktive Klemmschaltung
Überdies
wird mit Rücksicht
darauf, dass die Impulsbreite der Spannungsresonanz-Impulsspannung (Klemmspannung)
in dem Fall, dass das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, durch
die aktive Klemmschaltung
Insbesondere
veranschaulicht
Unterdessen
veranschaulicht
In
Die
Spannungsverläufe
an den verschiedenen Komponenten der Schaltung gemäß
In
diesem Fall weist die Schaltung gemäß
Primärwicklung
N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT = 48 T;
Induktivität Lp = 68 μH;
Induktivität Ls = 33 μH;
Primärseitiger
Parallelresonanzkondensator Cr = 3300 pF;
Klemmkondensator
C3 = 0,047 μF;
Filterkondensator
CN = 1 μF.In this case, the circuit according to
Primary winding N1 of the isolation conversion transformer PIT = 48 T;
Inductance Lp = 68 μH;
Inductance Ls = 33 μH;
Primary-side parallel resonant capacitor Cr = 3300 pF;
Clamp capacitor C3 = 0.047 μF;
Filter capacitor CN = 1 μF.
Wie
aus
Wenn
andererseits die Eingangswechselspannung VAC gegeben ist mit 230
V und die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Wie
aus
Kurz gesagt kann ein Leistungsfaktor PF mit einer Kennlinie realisiert werden, die eine verhältnismäßig geringe Änderung in Bezug auf eine starke Änderung der Lastleistung Po oder der Eingangswechselspannung VAC zeigt.Short That is, a power factor PF can be realized with a characteristic that will be a relatively small change in terms of a big change the load power Po or the input AC voltage VAC shows.
Unterdessen
reicht der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad (ηAC/DC) in dem Fall, dass die Eingangswechselspannung
VAC gegeben ist mit 100 V und dass die Last- bzw. Nutzleistung Po
von 50 W bis 200 W reicht, von 90,8% bis 88,8%, wobei die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Wenn
die Eingangswechselspannung VAC 230 V beträgt und wenn die Lastleistung
Po von 50 W bis 200 W reicht, dann reicht der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad
(ηAC/DC) von 92,0% bis 87,1% in dem Fall, dass
die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Auch
in der Schaltung gemäß
Insbesondere
um eine Spitze bzw. einen Spitzenwert der Eingangswechselspannung
VAC herum fließt
der Strom I1 mit der in
Vierte AusführungsformFourth embodiment
Nunmehr wird ein noch weiteres Schaltnetzteil beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt ist.Now An even further switching power supply is described in which the present Invention is applied.
Die vorliegende Ausführungsform erzielt zusätzlich zu einem Ziel entsprechend jenem der oben beschriebenen dritten Ausführungsform eine Steigerung des AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrades (ηAC/DC) in dem Fall, dass die Eingangswechselspannung VAC eine Spannung des 100 V-Typs ist.The present embodiment achieves an increase in the AC / DC power conversion efficiency (η AC / DC ) in the case that the AC input voltage VAC is a 100V-type voltage, in addition to a target corresponding to that of the above-described third embodiment.
Gemäß
In
der Netzteilschaltung wird ein Eingangswechselstrom IAC von einer
Netzwechselspannungsquelle IAC über
einen Leitungsfilter- bzw. Netzfilter-Transformator LFT mittels der Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp weist einen entsprechenden bzw. ähnlichen Aufbau auf wie jenen bei der dritten Ausführungsform.Of the A voltage resonance type converter has a corresponding one Structure on as those in the third embodiment.
Auch
der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp in der Netzteilschaltung gemäß
Ferner
ist in entsprechender Weise wie bei dem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp
in der Netzteilschaltung gemäß
Ferner
ist ein Resonanzkondensator C2 einer Primärwicklung N2 des Trenn-Umsetztransformators
PIT parallel geschaltet, um eine Resonanzschaltung auch auf der
Sekundärseite
des Trenn-Umsetztransformators PIT zu bilden, so dass der Umsetzer
vom Spannungsresonanztyp als Verbund-Resonanzumsetzer gebildet ist.
Ferner erfolgt eine Gleichrichtungs-Glättung durch eine Gleichrichtungsdiode
Do und einen Glättungskondensator
Co, um eine Ausgangsgleichspannung Eo zu erhalten. Daneben wird
die Schaltfrequenz des Schaltelements Q1 durch eine Steuerschaltung
Es sei darauf hingewiesen, dass die Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT mit der positiven Elektrode des Glättungskondensators Ci1 durch die Primärwicklung (Induktivität LT1) eines Transformators T verbunden ist.It is to be noted that the primary winding N1 of the separation converting transformer PIT having the positive electrode of the smoothing capacitor Ci1 through the primary winding (inductance LT1) a transformer T is connected.
Der Transformator T weist auf seiner Primärseite die Primärwicklung (Induktivität LT1) und auf seiner Sekundärseite gewickelt eine Sekundärwicklung (Induktivität LT2) und eine Tertiärwicklung (Induktivität LT3) auf.Of the Transformer T has the primary winding on its primary side (inductance LT1) and on its secondary side Wrapped a secondary winding (inductance LT2) and a tertiary winding (inductance LT3).
Nunmehr
wird ein Aufbau der Leistungsfaktorsteigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die
Leistungsfaktorsteigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die
Leistungsfaktorsteigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die
Leistungsfaktorsteigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Dabei ist insbesondere ein Wicklungsende der Sekundärwicklung (Induktivität LT2) des Transformators T mit der Kathode der Diode D11 vom schnellen Freilauftyp in Reihe geschaltet, während ein Wicklungsanfang der Sekundärwicklung (LT2) mit dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci1 verbunden ist. Ferner ist ein Wicklungsanfang der Tertiärwicklung (Induktivität LT3) des Transformators T mit der Anode der Diode D12 vom schnellen Freilauftyp in Reihe geschaltet, und ein Wicklungsende der Tertiärwicklung (LT3) ist mit Erde bzw. Masse auf der Primärseite verbunden.there is in particular a winding end of the secondary winding (inductance LT2) of Transformer T with the cathode of the diode D11 fast freewheeling type connected in series while a Winding start of the secondary winding (LT2) connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 is. Furthermore, a winding start of the tertiary winding (inductance LT3) of Transformer T with the anode of the diode D12 fast freewheeling type connected in series, and a winding end of the tertiary winding (LT3) is connected to ground on the primary side.
Sowohl
in der Sekundärwicklung
(Induktivität LT2)
wie auch in der Tertiärwicklung
(LT3) wird eine Spannung durch einen primären Strom induziert, der durch
die Primärwicklung
(LT1) fließt.
Folglich ist die durch die aktive Klemmschaltung
In diesem Fall weisen die in den Induktivitäten LT2 und LT3 erzeugten induzierten Spannungen zueinander entgegengesetzte Polaritäten auf.In In this case, the induced in the inductors LT2 and LT3 induced Voltages opposite polarities.
Die
Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die Reihenschaltung aus den Dioden D13 und D14 vom langsamen Freilauftyp ist zwischen dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci1 und der primärseitigen Erde bzw. Masse eingefügt.The Series connection of the diodes D13 and D14 of the slow freewheeling type is between the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the primary side Earth or mass inserted.
Nachstehend
wird die Gleichrichtungsfunktion der den oben beschriebenen Aufbau
aufweisenden Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
In
der Leistungsfaktorsteigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Insbesondere innerhalb einer Zeitspanne, in der die Eingangswechselspannung VAC positiv ist, fließt ein Gleichrichtungsstrom von der ersten Gleichrichtungsschaltung längs einer Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Diode D11 vom schnellen Freilauftyp → Induktivität LT2 → Glättungskondensator Ci1, um diesen Glättungskondensator Ci1 aufzuladen. Gleichzeitig fließt ein Gleichrichtungsstrom von der zweiten Gleichrichtungsschaltung längs einer anderen Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Diode D13 vom langsamen Freilauftyp → Glättungskondensator Ci1, um den Glättungskondensator Ci1 aufzuladen.Especially within a period of time in which the AC input voltage VAC is positive, flows a rectification current from the first rectification circuit along one Route from AC or AC source AC → diode D11 Fast freewheel type → inductor LT2 → smoothing capacitor Ci1 to this smoothing capacitor Ci1 charge. At the same time, a rectifying current flows from the second rectification circuit along another route from the AC or AC source AC → Diode D13 from slow freewheeling → smoothing capacitor Ci1 to the smoothing capacitor Ci1 charge.
Andererseits Hießt innerhalb einer anderen Zeitspanne, innerhalb der die Eingangswechselspannung VAC negativ ist, ein Gleichrichtungsstrom von der ersten Gleichrichtungsschaltung längs einer Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Glättungskondensator Ci2 → primärseitige Erde bzw. Masse → Induktivität LT3 → Diode D12 vom schnellen Freilauftyp, um den Glattungskondensator Ci2 aufzuladen. Gleichzeitig fließt ein Gleichrichtungsstrom von der zweiten Gleichrichtungsschaltung längs einer anderen Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Glättungskondensator Ci2 → primärseitige Erde bzw. Masse → Diode D14 vom langsamen Freilauftyp, um den Glättungskondensator Ci2 aufzuladen.on the other hand hießt within a different period of time, within which the input AC voltage VAC is negative, a rectification current from the first rectification circuit along one Route from the AC or AC source AC → smoothing capacitor Ci2 → primary-side Earth or earth → inductance LT3 → diode D12 from Fast freewheeling type to charge the smoothing capacitor Ci2. At the same time flows a rectification current from the second rectification circuit along one other route from the AC source AC → smoothing capacitor Ci2 → primary-side Earth or ground → diode D14 of the slow freewheeling type to charge the smoothing capacitor Ci2.
Kurz gesagt fließt der Gleichrichtungsstrom separat von den ersten und zweiten Gleichrichtungsschaltungen längs zweier Routen zu den Glättungskondensatoren Ci1 und Ci2.In short, the rectifying current flows separate from the first and second rectification circuits along two routes to the smoothing capacitors Ci1 and Ci2.
Da die Glättungskondensatoren Ci1 und Ci2 miteinander in Reihe geschaltet sind und da die gleichgerichtete und geglättete Spannung Ei von der positiven Anschlussseite des Glättungskondensators Ci1 abgenommen wird, ist ein Doppelspannungs-Gleichrichtungssystem erzielt.There the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series with each other and since the rectified and smoothed Voltage Ei from the positive terminal side of the smoothing capacitor Ci1 is removed, a double-voltage rectification system is achieved.
Die
Leistungsfaktorsteigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Durch
die beiden oben beschriebenen Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp
sind die Sekundärwicklung
(Induktivität
LT2) und die Tertiärwicklung
(Induktivität
LT3) des Transformators T in Reihe geschaltet, so dass durch die
primärseitige
Parallelresonanzschaltung eine Schalt-Ausgangsspannung (geklemmte
Spannungsresonanz-Impulsspannung) erhalten wird, wobei der Strom
durch die Primärwicklung
(LT1) des Transformators T fließt.
Die betreffende Spannung wird der Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Eine Schaltperiodenwechselspannung, die von der Schaltausgangsspannung ausgeht und die auf diese Weise zurückgekoppelt ist, wird den Gleichrichtungsstrompfaden überlagert, und von dem überlagerten Wechselstrom der Schaltperiode wird eine Operation des Ein- und Ausschaltens des Gleichrichtungsstroms in der Schaltperiode an der Diode D11 vom schnellen Freilauftyp (oder D12) erhalten. Durch die EIN-/AUS-Schaltwirkung fließt ein Ladestrom zu dem Glättungskondensator Ci1 (oder Ci2) auch innerhalb einer Zeitspanne, innerhalb der der Gleichrichtungs-Ausgangsspannungspegel niedriger ist als die Spannung an dem Glättungskondensator Ci1 (oder Ci2).A Switching period alternating voltage, that of the switching output voltage and is coupled back in this way, the rectification current paths are superimposed, and from the superimposed one Alternating current of the switching period becomes an operation of on and off Turning off the rectification current in the switching period at the Diode D11 obtained from fast freewheeling type (or D12). By the ON / OFF switching action flows a charging current to the smoothing capacitor Ci1 (or Ci2) even within a period of time within which the Rectification output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci1 (or Ci2).
Infolgedessen wird die mittlere Wellenform des Eingangswechselstroms so gesteuert, dass sie sich an die Wellenform der Eingangswechselspannung annähert, um den Stromflusswinkel des Eingangswechselstromes zu vergrößern, wodurch eine Steigerung im Leistungsfaktor erzielt wird.Consequently the mean waveform of the input AC is controlled so that it approximates the waveform of the input AC voltage to to increase the current flow angle of the input alternating current, thereby an increase in the power factor is achieved.
In
der Leistungsfaktorsteigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Dies
verhindert das Fließen
eines übermäßigen Ladestroms
durch die Diode D11 oder D12 vom schnellen Freilauftyp, wenn die
Eingangswechselspannung VAC einen Wert um einen positiven oder negativen
Spitzenwert herum aufweist. Insbesondere dann, wenn die Eingangswechselspannung
VAC einen Wert um einen positiven oder negativen Spitzenwert herum
aufweist, fließt
ein Ladestrom zu den Dioden D13 und D14 vom langsamen Freilauftyp,
während
lediglich ein Strom einer hohen Frequenz zu den Dioden D11 und D12
vom schnellen Freilauftyp fließt. Daher
sinkt der Leistungsverlust der Dioden D11 und D12 vom schnellen
Freilauftyp, und ein hoher Wirkungsgrad kann erzielt werden. Infolgedessen
kann der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad (ηAC/DC) im Vergleich zu jenem der Schaltung
gemäß
Ferner kann eine Diode mit einer vergleichsweise kleinen Stromkapazität selektiv für die Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp verwendet werden. Überdies kann eine Verringerung der Wärmeerzeugung die Notwendigkeit nach einer Kühlplatte eliminieren. Infolgedessen können eine Verringerung in der Schaltungsgröße und eine Verringerung in den Kosten dadurch erwartet werden.Further For example, a diode having a comparatively small current capacity can be selective for the Diodes D11 and D12 are used by the fast freewheeling type. moreover can reduce the heat production the need for a cooling plate eliminate. As a result, can a reduction in circuit size and a reduction in the costs are expected.
Auch
in der Netzteilschaltung gemäß
Ferner
ist die aktive Klemmschaltung
Da
die Impulsbreite der Spannungsresonanz-Impulsspannung (Klemmspannung)
in dem Fall, dass das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, durch
die aktive Klemmschaltung
Fünfte AusführungsformFifth embodiment
Gemäß
Es
sei darauf hingewiesen, dass in
Gemäß
Auch
der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp, der ein Schaltelement Q1
in Form eines Hochspannungs-Bipolar-Transistors aufweist, weist einen
entsprechenden Aufbau auf wie jener in
Insbesondere ist eine Klemmdiode DD1 zwischen der Basis des Schaltelements Q1 und der negativen Elektrode (primärseitige Erde bzw. Masse) des Glättungskondensators Ci eingefügt. Der Emitter des Schaltelements Q1 ist mit Erde bzw. Masse auf der Primärseite verbunden.Especially is a clamp diode DD1 between the base of the switching element Q1 and the negative electrode (primary earth) of the smoothing capacitor Ci inserted. The emitter of the switching element Q1 is grounded on the primary connected.
Der Kollektor des Schaltelements Q1 ist mit dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci durch die Primärwicklung N1 eines Trenn-Umsetztransformators PIT verbunden.Of the Collector of the switching element Q1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci through the primary winding N1 of a separation transforming transformer PIT connected.
Das
Schaltelement Q1 führt
eine Schaltoperation mit einer Schaltfrequenz aus, die mit einem Steuerstrom
geändert
wird, der von einer Steuerschaltung
In
entsprechender Weise wie in der Schaltung gemäß
Der
Trenn-Umsetztransformator PIT weist einen Aufbau auf, wie er oben
unter Bezugnahme auf
Ein Ende der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT ist mit dem Kollektor des Schaltelements Q1 verbunden, während das andere Ende der Primärwicklung N1 mit dem positiven Anschluss (gleichgerichtete und geglättete Spannung Ei) des Glättungskondensators Ci verbunden ist.One End of the primary winding N1 of the isolation conversion transformer PIT is connected to the collector of the Switching element Q1 connected while the other end of the primary winding N1 with the positive terminal (rectified and smoothed voltage Ei) of the smoothing capacitor Ci is connected.
Eine Ansteuerwicklung Ng ist durch eine Mittelabgriffsverbindung auf der Primärseite des Trenn-Umsetztransformators PIT gebildet.A Drive winding Ng is connected through a center tap connection the primary side of the separation conversion transformer PIT.
Es
sei darauf hingewiesen, dass in der Schaltung gemäß
In
entsprechender Weise wie bei dem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp
in der Netzteilschaltung gemäß
Auch
die vorliegende Netzteilschaltung enthält eine auf der Primärseite vorgesehene
aktive Klemmschaltung
Die
aktive Klemmschaltung
Die Klemmdiode DD2 ist parallel zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 angeschlossen. Insbesondere ist die Anode der Klemmdiode DD2 mit der Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden, und die Kathode der Klemmdiode DD2 ist mit der Drain-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden.The Clamping diode DD2 is connected in parallel between the drain and the drain Source electrode connected to the auxiliary switching element Q2. In particular, the Anode of the clamping diode DD2 with the source electrode of the auxiliary switching element Q2, and the cathode of the clamping diode DD2 is connected to the drain electrode the auxiliary switching element Q2 connected.
Die
Drain-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 ist mit dem Klemmkondensator
C3 verbunden, der mit der Kathode der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp
in der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Die Source-Elektrode des Hilfs-Schaltelements Q2 ist mit einem Kollektorschaltungspunkt des Schaltelements Q1 verbunden.The The source of the auxiliary switching element Q2 is a collector node connected to the switching element Q1.
Demgemäß ist die
aktive Klemmschaltung
In
dem Ansteuerschaltungssystem für
das Hilfs-Schaltelement Q2 ist die Reihenschaltung aus dem Kondensator
Cg, dem Widerstand Rg und der Ansteuerwicklung Ng mit der Gate-Elektrode
des Hilfs-Schaltelements Q2 verbunden, wie dies aus
In diesem Fall ist die Ansteuerwicklung Ng auf der Seite des Wicklungsanfangs der Primärwicklung N1 gebildet, und sie weist beispielsweise 1 T (Windung) als Windungszahl auf.In In this case, the drive winding Ng is on the winding start side the primary winding N1, and has, for example, 1 T (turn) as a turn number on.
Infolgedessen wird in der Ansteuerwicklung Ng eine Spannung auf eine Wechselspannung hin erzeugt, die von der Primärwicklung N1 erhalten wird. Ferner werden in diesem Fall Spannungen entgegengesetzter Polaritäten von der Primärwicklung N1 und der Ansteuerwicklung Ng erhalten, und zwar aufgrund der Wicklungsrichtungen der Primärwicklung N1 und der Ansteuerwicklung Ng.Consequently In the driving winding Ng, a voltage becomes an AC voltage generated by the primary winding N1 is obtained. Further, in this case voltages become more opposite polarities from the primary winding N1 and the drive winding Ng, because of the winding directions the primary winding N1 and the drive winding Ng.
Demgemäß werden
das Schaltelement Q1 und das Hilfs-Schaltelement Q2 abwechselnd ein-/ausgeschaltet.
Durch den gerade beschriebenen Betrieb weist dann die an der Kollektorseite
des Schaltelements Q1 erzeugte Spannungsresonanz-Impulsspannung
V3 eine solche Wellenform auf, wie dies in
Nunmehr
wird ein Aufbau der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Insbesondere
ist in der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner ist der Kondensator CN für ein Normalbetriebs-Filter der Diode D1 vom langsamen Freilauftyp parallel geschaltet.Further is the capacitor CN for a normal operation filter of the slow-free-wheel type diode D1 connected in parallel.
Außerdem sind die Induktivität Ls und der Kondensator C4 parallel geschaltet, und die Kathode der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp ist mit dem einen Ende der Parallelschaltung in Reihe geschaltet. Das andere Ende der Parallelschaltung (Induktivität Ls und Kondensator C4) ist mit der positiven Elektrode des Glättungskondensators Ci verbunden. Demgemäß ist die Reihenschaltung aus der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp und der Parallelschaltung (aus der Induktivität Ls und dem Kondensator C4) der Diode D1 vom langsamen Freilauftyp und auch dem Kondensator CN für ein Normalbetriebs-Filter parallel geschaltet.Besides, they are the inductance Ls and the capacitor C4 connected in parallel, and the cathode of the Fast freewheeling type diode D2 is connected to one end of the parallel circuit connected in series. The other end of the parallel connection (inductance Ls and Capacitor C4) is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor Ci connected. Accordingly, the Series connection of the diode D2 from the fast freewheeling type and the Parallel connection (from the inductance Ls and the capacitor C4) the diode D1 of the slow freewheeling type and also the capacitor CN for a normal mode filter connected in parallel.
Die
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
In
der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Der
Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Wenn
zu diesem Zeitpunkt das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom
durch die induzierte Spannung der Primärwicklung N1 des Trenn-Umsetztransformators
PIT durch die Bausteindiode (Klemmdiode DD2) des Hilfs-Schaltelements Q2
und dann durch den Klemmkondensator C3 und die Induktivität Ls. Da
der Kondensator C4 der Induktivität Ls parallel geschaltet ist,
wird somit ein Spitzenwert der Spannung V3 durch den Kondensator C4
abgesenkt und zurückgekoppelt,
wie dies aus
Mit der auf diese Weise zurückgekoppelten Schalt-Abgabespannung wird eine Wechselspannung der Schaltperiode dem Strompfad des Stromes I2 überlagert, der durch die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp und die Induktivität Ls fließt. Durch die überlagerte Wechselspannung der Schaltperiode wird somit eine Operation zum Ein- und Ausschalten des Gleichrichtungsstroms in der Schaltperiode bei der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp erzielt.With the switching output voltage fed back in this way an alternating voltage of the switching period is superimposed on the current path of the current I2, which flows through the fast-recovery type diode D2 and the inductance Ls. By the superimposed AC voltage of the switching period thus becomes an operation for Switching on and off the Rectification current in the switching period at the diode D2 of achieved fast freewheeling type.
Insbesondere dann, wenn die Kathodenspannung V2 der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp niedriger ist als die Anodenspannung, das ist die Gleichrichtungsspannung V1, dann führt die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp EIN-/AUS-Operationen aus. Durch die EIN-/AUS-Operationen fließt ein Ladestrom zu dem Glättungskondensator Ci auch innerhalb einer Zeitspanne, innerhalb der der Gleichrichtungs- Ausgangsspannungspegel V1 niedriger ist als die Spannung an dem Glättungskondensator Ci.Especially when the cathode voltage V2 of the fast-recovery type diode D2 becomes lower is called the anode voltage, that is the rectification voltage V1, then leads the diode D2 from the fast recovery type ON / OFF operations. By the ON / OFF operations, a charging current flows to the smoothing capacitor Ci also within a period of time, within which the rectification output voltage level V1 is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci.
Infolgedessen wird die mittlere Wellenform des Eingangswechselstromes so gesteuert, dass sie sich an die Wellenform der Eingangswechselspannung annähert, um den Stromflusswinkel des Eingangswechselstromes zu vergrößern und um dadurch eine Steigerung im Leistungsfaktor zu erzielen.Consequently the mean waveform of the input AC is controlled so that it approximates the waveform of the input AC voltage to to increase the current flow angle of the input alternating current and thereby to achieve an increase in the power factor.
Während der
Ladestrom für
den Glättungskondensator
Ci separat längs
des Pfades fließt,
der durch die Diode D1 vom langsamen Freilauftyp vorgesehen ist,
und längs
des Pfades, der durch die Diode D2 vom schnellen Freilauftyp vorgesehen
ist, sowie durch die Induktivität
Ls, wie dies oben beschrieben worden ist, leitet die Diode D1 vom
langsamen Freilauftyp lediglich dann, wenn die Eingangswechselspannung
VAC einen Wert um positive und negative Spitzenwerte herum aufweist.
Mit anderen Worten ausgedrückt
heißt
dies, dass der Ladestrom
Demgemäß kann eine Diode mit einer vergleichsweise geringen Stromkapazität selektiv für die Dioden D1 und D2 verwendet werden. Ferner kann eine Verringerung der Wärmeerzeugung die Notwendigkeit nach einer Kühlplatte eliminieren, und eine Verringerung in der Schaltungsgröße und eine Verringerung der Kosten können dadurch erwartet werden.Accordingly, a Selective diode with a comparatively low current capacity for the diodes D1 and D2 are used. Furthermore, a reduction of heat generation the need for a cooling plate eliminate, and a reduction in the circuit size and a Can reduce costs be expected thereby.
Ferner
wird in der Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner
ist, wie oben beschrieben, auf der Primärseite eine aktive Klemmschaltung
Da
die Impulsbreite der Spannungsresonanz-Impulsspannung (Klemmspannung)
in dem Fall, dass das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, durch
die aktive Klemmschaltung
Insbesondere
veranschaulicht
Unterdessen
veranschaulicht
In
Die
Betriebswellenformen von verschiedenen Komponenten der Schaltung
gemäß
In
diesem Fall weist die Schaltung gemäß
Primärwicklung
N1 des Trenn-Umsetztransformators PIT = 53 T;
Induktivität Ls = 22 μH;
Primärseitiger
Parallelresonanzkondensator Cr = 3300 pF;
Klemmkondensator
C3 = 0,047 μF;
Kondensator
C4 = 6800 pF;
Filterkondensator CN = 1 μH.In this case, the circuit according to
Primary winding N1 of isolation conversion transformer PIT = 53 T;
Inductance Ls = 22 μH;
Primary-side parallel resonant capacitor Cr = 3300 pF;
Clamp capacitor C3 = 0.047 μF;
Capacitor C4 = 6800 pF;
Filter capacitor CN = 1 μH.
Wie
aus
Wenn
andererseits die Eingangswechselspannung VAC gegeben ist mit 230
V und die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Ferner ändert sich
der Leistungsfaktor, wie aus
Kurz gesagt kann ein Leistungsfaktor PF mit einer Kennlinie realisiert werden, die eine vergleichsweise geringe Änderung in Bezug auf eine starke Änderung der Lastleistung Po oder der Eingangswechselspannung VAC zeigt.Short That is, a power factor PF can be realized with a characteristic which are a comparatively small change in terms of a strong change the load power Po or the input AC voltage VAC shows.
Unterdessen
reicht der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad (ηAC/DC) in dem Fall, dass die Eingangswechselspannung
VAC gegeben ist mit 100 V und dass die Lastleistung Po von 200 W
bis 50 W reicht, von 90,8% bis 88,8% in dem Fall, dass die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Wenn
die Eingangswechselspannung VAC 230 V beträgt und wenn die Lastleistung
Po von 200 W bis 50 W reicht, reicht der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad
(ηAC/DC) von 92,0% bis 87,1% in dem Fall, dass
die Leistungsfaktor-Steigerungsschaltung
Eine
Art und Weise, in der der Ladestrom I1 und der Ladestrom I2 separat
längs des
Pfades der Diode D1 vom langsamen Freilauftyp bzw. längs des Pfades
der Diode D2 vom schnellen Freilauftyp fließt, wie dies oben beschrieben
worden ist, kann aus
Insbesondere
um einen Spitzenwert der Eingangswechselspannung VAC herum fließt der Strom I1
mit der in
Sechste AusführungsformSixth embodiment
Nunmehr wird noch ein weiteres Schaltnetzteil beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt ist.Now Yet another switching power supply is described in which the present Invention is applied.
Die vorliegende Ausführungsform erreicht zusätzlich zu einem Ziel entsprechend jenem bei der oben beschriebenen fünften Ausführungsform eine Steigerung des AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrades (ηAC/DC) in dem Fall, dass die Eingangswechselspannung VAC eine Spannung vom 100 V-Typ ist.The present embodiment achieves an increase in the AC / DC power conversion efficiency (η AC / DC ) in the case that the AC input voltage VAC is a 100 V-type voltage in addition to a target corresponding to that in the above-described fifth embodiment.
Bezugnehmend
auf
In
der Netzteilschaltung wird der Eingangswechselstrom IAC von einer
Netzwechselspannungsquelle AC durch einen Netzfilter-Transformator LFT
geleitet und durch die Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp weist einen generell ähnlichen bzw. entsprechenden Aufbau auf wie jenen bei der fünften Ausführungsform.Of the A voltage resonance type converter has a generally similar one and corresponding structure as those in the fifth embodiment.
Auch
der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp in der Netzteilschaltung gemäß
In
entsprechender Weise ist wie bei dem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp
in der Netzteilschaltung gemäß
Überdies
ist in entsprechender Weise wie bei dem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp
in der Netzteilschaltung gemäß
Nunmehr
wird ein Aufbau der Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Dabei ist insbesondere die Primärwicklung (Induktivität LT1) des Transformators T mit der Kathode der Diode D11 vom schnellen Freilauftyp in Reihe geschaltet, während das andere Ende der Primärwicklung (LT1) mit dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci1 verbunden ist. Ferner ist die Sekundärwicklung (Induktivität LT2) des Transformators T mit der Anode der Diode D12 vom schnellen Freilauftyp in Reihe geschaltet, und das andere Ende der Sekundärwicklung (LT2) ist mit Erde bzw. Masse auf der Primärseite verbunden.In this case, in particular, the primary winding (inductance LT1) of the transformer T with the Katho of the fast-recovery type diode D11 is connected in series, while the other end of the primary winding (LT1) is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1. Further, the secondary winding (inductance LT2) of the transformer T is connected in series with the anode of the fast-recovery type diode D12, and the other end of the secondary winding (LT2) is connected to ground on the primary side.
Ein Kondensator C4 ist der Primärwicklung (Induktivität LT1) des Transformators T parallel geschaltet. Demgemäß sind die Diode D12 vom schnellen Freilauftyp, die Diode D11 vom schnellen Freilauftyp und die Parallelschaltung aus der Induktivität LT1 und dem Kondensator C4 in Reihe geschaltet.One Capacitor C4 is the primary winding (inductance LT1) of the Transformer T connected in parallel. Accordingly, the diode D12 is fast Freewheeling type, the fast freewheeling type diode D11 and the parallel connection from the inductance LT1 and the capacitor C4 connected in series.
Der
Klemmkondensator C3 der aktiven Klemmschaltung
Infolgedessen
wird eine durch die aktive Klemmschaltung
Die
Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Die Reihenschaltung aus den Dioden D13 und D14 vom langsamen Freilauftyp ist zwischen dem positiven Anschluss des Glättungskondensators Ci1 und der primärseitigen Erde bzw. Masse eingefügt.The Series connection of the diodes D13 and D14 of the slow freewheeling type is between the positive terminal of the smoothing capacitor Ci1 and the primary side Earth or mass inserted.
Nachstehend
wird die Gleichrichtungsfunktion der den oben beschriebenen Aufbau
aufweisenden Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
In
der Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Insbesondere innerhalb einer Zeitspanne, in der die Eingangswechselspannung VAC positiv ist, fließt ein Gleichrichtungsstrom von der ersten Gleichrichtungsschaltung längs einer Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Diode D11 vom schnellen Freilauftyp → Induktivität LT1 → Glättungskondensator Ci1, um den Glättungskondensator Ci1 aufzuladen. Gleichzeitig fließt ein Gleichrichtungsstrom von der zweiten Gleichrichtungsschaltung längs einer anderen Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Diode D13 vom langsamen Freilauftyp → Glättungskondensator Ci1, um den Glättungskondensator Ci1 aufzuladen.Especially within a period of time in which the AC input voltage VAC is positive, flows a rectification current from the first rectification circuit along one Route from AC or AC source AC → diode D11 Fast freewheel type → Inductance LT1 → Smoothing capacitor Ci1 to the smoothing capacitor Ci1 charge. At the same time, a rectifying current flows from the second rectification circuit along another route from the AC or AC source AC → Diode D13 from slow freewheeling → smoothing capacitor Ci1 to the smoothing capacitor Ci1 charge.
Demgegenüber fließt innerhalb einer anderen Periode bzw. Zeitspanne, in der die Eingangswechselspannung VAC negativ ist, ein Gleichrichtungsstrom von der ersten Gleichrichtungsschaltung längs einer Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Glättungskondensator Ci2 → primärseitige Erde bzw. Masse → Induktivität LT2 → Diode D12 vom schnellen Freilauftyp, um den Glättungskondensator Ci2 aufzuladen. Gleichzeitig fließt ein Gleichrichtungsstrom von der zweiten Gleichrichtungsschaltung längs einer anderen Route von der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromquelle AC → Glättungskondensator Ci2 → primärseitige Erde bzw. Masse → Diode D14 vom langsamen Freilauftyp, um den Glättungskondensator Ci2 aufzuladen.In contrast, flows within another period or period in which the input AC voltage VAC is negative, a rectification current from the first rectification circuit along a Route from the AC or AC source AC → smoothing capacitor Ci2 → primary-side Earth or earth → inductance LT2 → diode D12 of the high speed flywheel type to charge the smoothing capacitor Ci2. At the same time a flow Rectification current from the second rectification circuit along a other route from the AC source AC → smoothing capacitor Ci2 → primary-side Earth or ground → diode D14 of the slow freewheeling type to charge the smoothing capacitor Ci2.
Kurz gesagt fließt der Gleichrichtungsstrom separat von den ersten und zweiten Gleichrichtungsschaltungen längs zweier Routen zu den Glättungskondensatoren Ci1 und Ci2.Short said to flow the rectification current is separate from the first and second rectification circuits along two Routes to the smoothing capacitors Ci1 and Ci2.
Da die Glättungskondensatoren Ci1 und Ci2 in Reihe geschaltet sind und die gleichgerichtete und geglättete Spannung Ei von der positiven Anschlussseite des Glättungskondensators Ci1 abgenommen wird, wird ferner ein Doppelspannungs-Gleichrichtungssystem erzielt.There the smoothing capacitors Ci1 and Ci2 are connected in series and the rectified and smoothed voltage Egg is removed from the positive terminal side of the smoothing capacitor Ci1, also becomes a double-voltage rectification system achieved.
Die
Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Den
beiden Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp wird eine durch
die aktive Klemmschaltung
Eine auf die in dieser Weise zurückgekoppelte Impulsspannung zurückgehende Wechselspannung der Schaltperiode wird bzw. ist dem Gleichrichtungs-Strompfaden überlagert, und aus der überlagerten Wechselspannung der Schaltperiode wird eine Operation des Ein- und Ausschaltens des Gleichrichtungsstromes in der Schaltperiode bei der Diode D11 (oder D12) vom schnellen Freilauftyp erzielt. Durch die EIN-/AUS-Schaltwirkung fließt der Ladestrom für den Glättungskondensator Ci1 (oder Ci2) auch innerhalb einer Zeitspanne, innerhalb der der Gleichrichtungs-Ausgangsspannungspegel niedriger ist als die Spannung an dem Glättungskondensator Ci1 (oder Ci2).A to the feedback in this way Pulse voltage decreasing AC voltage of the switching period is superimposed on the rectification current paths, and from the superimposed AC voltage of the switching period becomes an operation of the input and Turning off the rectification current in the switching period at the D11 (or D12) diode achieves the fast freewheeling type. By the ON / OFF switching action flows the charge current for the smoothing capacitor Ci1 (or Ci2) even within a time period within which the rectification output voltage level is lower than the voltage across the smoothing capacitor Ci1 (or Ci2).
Infolgedessen wird die mittlere Wellenform des Eingangswechselstroms so gesteuert, dass sie sich an die Wellenform der Eingangswechselspannung annähert, um den Stromflusswinkel des Eingangswechselstromes zu vergrößern, damit eine Steigerung im Leistungsfaktor erzielt wird.Consequently the mean waveform of the input AC is controlled so that it approximates the waveform of the input AC voltage to to increase the current flow angle of the input alternating current, thus an increase in the power factor is achieved.
In
der Leistungsfaktor-Steigerungs-Gleichrichtungsschaltung
Dies
verhindert das Fließen
eines übermäßigen Ladestromes
durch die Diode D11 oder D12 vom schnellen Freilauftyp, wenn die
Eingangswechselspannung VAC einen Wert um einen positiven oder negativen
Spitzenwert herum aufweist. Insbesondere dann, wenn die Eingangswechselspannung
VAC einen Wert um einen positiven oder negativen Spitzenwert herum
aufweist, fließt
der Ladestrom zu den Dioden D13 und D14 vom langsamen Freilauftyp,
während
lediglich ein Strom mit einer hohen Frequenz zu den Dioden D11 und
D12 vom schnellen Freilauftyp fließt. Daher sinkt der Leistungsverlust
der Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp, und es kann ein
hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Infolgedessen kann der AC/DC-Leistungsumsetzungswirkungsgrad
(ηAC/DC) im Vergleich zu jenem der Schaltung
gemäß
Ferner kann eine Diode mit einer vergleichsweise geringen Stromkapazität selektiv für die Dioden D11 und D12 vom schnellen Freilauftyp verwendet werden. Überdies kann eine Verringerung der Wärmeerzeugung die Notwendigkeit nach einer Kühlplatte eliminieren. Infolgedessen können dadurch eine Verringerung in der Schaltungsgröße und eine Verringerung in den Kosten erwartet werden,Further For example, a diode having a comparatively small current capacity can be selective for the Diodes D11 and D12 are used by the fast freewheeling type. moreover can reduce the heat production the need for a cooling plate eliminate. As a result, can thereby a reduction in circuit size and a reduction in the costs are expected
Auch
in der Netzteilschaltung gemäß
Ferner
ist die aktive Klemmschaltung
Da
die Impulsbreite der Spannungsresonanz-Impulsspannung (Klemmspannung)
in dem Fall, dass das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, durch
die aktive Klemmschaltung
Obwohl oben mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, sind verschiedene weitere Modifikationen möglich.Even though above several embodiments of the Invention have been described various other modifications possible.
Während Schaltumsetzer vom Verbund-Resonanztyp beispielsweise so aufgebaut sind, dass sie eine Vollweggleichrichtungsschaltung enthalten, sind von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung eine Spannungsverdopplungs-Gleichrichterschaltung, eine Vierfachspannungs-Gleichrichtungsschaltung, usw., die eine sekundärseitige Gleichstrom-Resonanzschaltung verwenden, vorgeschlagen worden, und auch diese Schaltungen können bei solchen Aufbauten als Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen angewandt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, dass die vorliegende Erfindung insbesondere nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, bei denen eine Resonanzschaltung und eine Gleichrichtungsschaltung auf der Sekundärseite vorgesehen sind.During switching converter For example, the composite resonant type is constructed to be a full-wave rectification circuit are of the Applicant the present application, a voltage doubler rectifier circuit, a quadruple-voltage rectification circuit, etc., which is a secondary side Use DC resonant circuit proposed, and even these circuits can in such constructions as modifications of those described above embodiments be applied. In other words, this means that the present Invention is not limited in particular to the embodiments, where a resonant circuit and a rectification circuit on the secondary side are provided.
Obwohl der Umsetzer vom Spannungsresonanztyp bei den oben beschriebenen Ausführungsformen auf der Primärseite einen Aufbau vom Eintakttyp besitzt, bei dem ein einziges Schaltelement vorgesehen ist, kann die vorliegende Erfindung ferner auch bei einem Umsetzer vom Spannungsresonanztyp vom Gegentakttyp angewandt werden bzw. sein, bei dem zwei Schaltelemente abwechselnd geschaltet werden.Even though the voltage resonance type converter in the above-described embodiments on the primary side has a single-ended type structure in which a single switching element is provided Furthermore, the present invention can also be applied to a converter be applied by the voltage resonance type of push-pull type, in which two switching elements are switched alternately.
Überdies kann als Schaltansteuersystem für das Schaltelement ein Schaltansteuersystem irgendeines Typs vom selbsterregten Schwingungstyp und vom separat erzeugten Schwingungstyp angewandt werden. Außerdem kann als Schaltelement nicht nur ein Bipolar-Transistor mit einer hohen Spannungsfestigkeitseigenschaft verwendet werden, sondern auch ein MOS-Feldeffekttransistor.moreover can be used as Schaltansteuersystem for the Switching element a Schaltansteuersystem of any type of self-excited Vibration type and applied by the separately generated vibration type become. Furthermore can be used as a switching element not only a bipolar transistor with a high dielectric strength property, but also a MOS field effect transistor.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Heranziehung von bestimmten Begriffen beschrieben worden sind, dient eine solche Beschreibung lediglich zu veranschaulichenden Zwecken.Even though preferred embodiments of the present invention using particular terms Such a description is merely illustrative for illustrative purposes.
- 1010
- Leistungsfaktor-SteigerungsschaltungPower factor improving circuit
- 1515
- aktive Klemmschaltungactive clamping circuit
- gestrichelte Linie: ohne PFI
- voll ausgezogene Linie: mit PFI
- dashed line: without PFI
- fully extended line: with PFI
- gestrichelte Linie: ohne PFI
- voll ausgezogene Linie: mit PFI
- dashed line: without PFI
- fully extended line: with PFI
- 1111
- Leistungsfaktor-SteigerungsschaltungPower factor improving circuit
- 1515
- aktive Klemmschaltungactive clamping circuit
- 10A10A
- Leistungsfaktor-SteigerungsschaltungPower factor improving circuit
- 1515
- aktive Klemmschaltungactive clamping circuit
- gestrichelte Linie: ohne PFI
- voll ausgezogene Linie: mit PFI
- dashed line: without PFI
- fully extended line: with PFI
- gestrichelte Linie: ohne PFI
- voll ausgezogene Linie: mit PFI
- dashed line: without PFI
- fully extended line: with PFI
- 11A11A
- Leistungsfaktor-SteigerungsschaltungPower factor improving circuit
- 1515
- aktive Klemmschaltungactive clamping circuit
- 10B10B
- Leistungsfaktor-SteigerungsschaltungPower factor improving circuit
- 1515
- aktive Klemmschaltungactive clamping circuit
- ohne C4without C4
- gestrichelte Linie: ohne PFI
- voll ausgezogene Linie: mit PFI
- dashed line: without PFI
- fully extended line: with PFI
- gestrichelte Linie: ohne PFI
- voll ausgezogene Linie: mit PFI
- dashed line: without PFI
- fully extended line: with PFI
- 11B11B
- Leistungsfaktor-SteigerungsschaltungPower factor improving circuit
- 1515
- aktive Klemmschaltungactive clamping circuit
- 2020
- Leistungsfaktor-SteigerungsschaltungPower factor improving circuit
- Leistungsfaktor
- Laststrom [a]
- power factor
- Load current [a]
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